3D列印

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INNOTERE GmbH

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通過使用INNOTERE的骨水泥糊技術，我們的主要研發主題之一是具有多種形狀的支架的設計和3D打印。3D打印技術和*的漿糊特性可精確定制終產品的尺寸和孔隙率。在打印過程之后，通過在低溫下應用特殊的固化程序來固化樣品，這可以防止出現皺紋。由于特殊的固化程序，終材料主要由納米晶，缺鈣的羥基磷灰石組成，它具有高度的生物相容性，并且在中性和堿性介質中具有生物降解性和化學穩定性。

基于我們創新的3D打印技術，我們能夠生產具有多種可調節功能的樣品和支架：

 

• 基于合成磷酸鈣相的材料

• 可被細胞活動降解和吸收

• 二維或三維設計

• 單個形狀（立方，圓柱，自由形狀等）

• 等距或各向異性線排列

• 線束直徑從0.25mm到1mm

• 可變的互連孔隙率（各向同性或各向異性）

• 可選的無菌包裝和伽馬射線

 

 

我們的3D打印樣本的典型應用是：

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• 參考樣品（化學和結構確定，非常適合定量和顯微鏡檢查）

• 用于細胞培養和灌注系統（2D，3D）的支架，完美適合標準組織培養孔板

• 涂料基材，化學改性，表面改性

• 過濾裝置

• 簡單的2D構建物，可對復雜的支架進行生化預研究，以進行體內研究

• 從原型到中試規模的適應性工作流程

特刊

• 鍶（II）和機械負載可增加磷酸鈣支架中的骨形成。Reitmaier S，Kovtun A，Schuelke J，Kanter B，Lemm M，Hoess A，Heinemann S，Nies B，Ignatius A 骨科研究雜志2017

• 生長因子負載的磷酸鈣水泥支架的3D繪圖。Akkineni AR，Luo Y，Schumacher M，Nies B，Lode A，Gelinsky M  Acta Biomaterialia 2015

• 3D打印的TCP / HA結構的中期功能，作為用于垂直骨增強的新型骨誘導支架：通過BMP-2激活進行的模擬。Moussa M，Carrel JP，Scherrer S，Cattani-Lorente M，Wiskott A，Durual S Materials 2015

• 3D打印的TCP / HA結構作為用于垂直骨增強的新型骨傳導支架。Carrel JP，Wiskott A，Moussa M，Rieder P，Scherrer S，Durual S 臨床口腔種植研究2014

• 通過在溫和條件下對糊狀磷酸鈣骨水泥進行三維繪圖來制造多孔支架。Lode A，Meissner K，Luo Y，Sonntag F，Glorius S，Nies B，Vater C，Despang F，Hanke T，Gelinsky M  組織工程學與再生醫學雜志2014

• 在溫和條件下通過多通道3D繪圖制作的井井有條的雙相磷酸鈣-海藻酸鹽支架。Lou Y，Lode A，Sonntag F，Nies B，Gelinsky M  材料化學學報B 2013

磷酸鈣鎂

 

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與常規磷酸鈣水泥（CPC）相比，磷酸鈣鎂水泥（MgCPC）具有高機械強度，降解潛力以及生物活性的特點。因此，它們似乎是具有高負荷和重塑率的醫學適應癥的合適材料。在這種情況下，我們的研究重點是開發基于一般成分為CaxMg（3-x）（PO4）2（0≤x≤3）的MgCPC水泥的骨替代材料。這些水泥的Mg / Ca比例是可調節的，并允許以可重現的方式控制水泥的性能，例如設定動力學，機械強度和降解性能。

基于創新的水泥材料和INNOTERE的漿料技術，我們近開發了一種即用型MgCPC漿料，可顯著改善施工過程中的處理性能。糊劑的固化反應僅在與水相接觸或混合后才開始。傳統粉末-液體-水泥系統所需的復雜混合程序變得多余。此外，水泥漿是3D打印應用的理想選擇。 

材料開發是我們利用磷酸鈣鎂水泥的*性能對我們的磷酸鈣基產品線（INNOTERE Paste-CPC，INNOTERE 3D支架）的擴展。

特刊

• 球形磷酸銨鎂顆粒的制備和細胞相容性。Christel T，Geffers M，Klammert U，Nies B，HößA，Groll J，KüblerAC，Gbureck U Mater Sci Eng C Mater Biol Appl 2014 

 

生物技術應用

 

INNOTERE GmbH

 

除了它們在骨替代領域中的應用外，磷酸鈣和/或鎂鎂似乎也可用于生物技術應用。生物相容性，高化學穩定性（尤其是在中性和堿性環境下）以及機械強度使其成為固定化酶，催化劑甚至微生物的理想支撐材料。一旦固定下來，就可以保護生物活性成分不受外界影響，例如剪切力和化學物質以及沖洗作用。

目前，我們正在從事一項旨在開發可有效去除廢水中內分泌微量元素的物質系統的研究項目。為此，基于INNOTERE的創新粘貼技術的3D打印大孔磷酸鈣支架被用于固定生物催化酶。所得的支架可用作具有高度互連孔隙率的經濟高效的過濾系統，可實現理想的灌注，從而實現有效的酶-底物相互作用。

PMMA骨水泥

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基于PMMA的骨水泥是植入后直接與骨骼組織直接接觸的zui常見生物材料之一，并且越來越多地用于骨質疏松性骨折（尤其是椎骨成形術）的微創穩定化。但是，大多數常規骨水泥并未針對骨折性骨質疏松骨的微創治療進行優化。已知的缺點是由于凝固過程中粘度的變化，有限的注射窗口，狹窄的施用窗口和與骨質疏松性骨的生物力學失配而導致的有限的可注射性，復雜和不可靠的處理性能。此外，PMMA骨水泥通常分別顯示較差的生物活性或缺少骨導電性，這阻止了植入的材料主動整合到骨骼中。

因此，我們的活動集中于適用于許多臨床相關適應癥的易于注射的生物活性聚合物骨水泥的新配方，特別強調在骨質疏松性骨折中微創應用的要求。

INNOTERE的一項創新開發成果是即用型2糊PMMA水泥系統，該系統在手術過程中的處理性能得到了顯著改善。它基于分別存儲在雙腔注射器中的兩種糊劑成分。借助于靜態混合器，兩種組分都可以在操作側直接混合，從而引發水泥固化反應。創新的材料系統具有以下特點：

• 施工期間水泥粘度恒定

• 無限的應用時間，也可以中斷手術程序

• 大大減少了單體蒸氣的釋放

 

此外，該水泥體系包括用于施加PMMA水泥的所有必需組分（水泥，混合系統，涂抹器），因此與常規的丙烯酸骨水泥相比更便宜。

INNOTERE的另一項創新是基于生物活性PMMA的骨水泥，與傳統的未改性PMMA骨水泥相比，它具有更高的骨親和指數，表明其生物活性大大提高。此外，我們可以證明我們的生物活化概念不會破壞重要的材料性能，例如力學性能（抗壓強度，彎曲強度），固化反應（生面團和固化時間，硬化溫度）和單體釋放。我們成功地對幾種商用PMMA骨水泥進行了生物活性改性，這表明該技術具有普遍適用性。

特刊

• 在兔子的承重模型中對具有不變機械性能的基于生物活性PMMA的骨水泥進行體內評估。Fottner A，Nies B，Kitanovic D，SteinbrückA，Hausdorf J，Mayer-Wagner S，Pohl U，Jansson V J Biomater Appl 2015

• 用添加劑改性的PMMA骨水泥的理化和細胞生物學特性可提高其生物活性。Wolf-Brandstetter C，Roessler S，Storch S，Hempel U，Gbureck U，Nies B，Bierbaum S，Scharnweber D J Biomed Mater Res B Appl Biomater 2013

• 生物活化的PMMA水泥的力學性能和藥物釋放行為。Vorndran E，Spohn N，Nies B，RößlerS，Storch S，Gbureck U J Biomater Appl 2012

生物活性復合材料

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下一代骨替代生物材料結合了生物活性和生物可吸收材料的特征，有望激活組織再生的體內機制，并促進再生組織替代植入物。這種方法的關鍵要素是通過組合不同種類的生物材料來模仿天然組織的結構，物理和化學性質。

目前，我們參與了一個旨在開發高度定向的具有生物活性的膠原蛋白支架以治療骨缺損的項目。創新的材料方法是基于結合支架的結構特征以誘導引導的細胞生長以及摻入生物活性微粒以實現骨骼形成和骨骼重塑過程的同步。在該項目中，INNOTERE主要負責研究新的合成路線，以生產具有確定的尺寸和化學組成的磷酸鈣或硅酸鹽微粒。