Gerissene und beschädigte Menisken infolge eines Traumas sind sehr häufige Knieverletzungen, die Schmerzen und Bewegungseinschränkungen verursachen und zu Osteoarthritis führen können. Meniskusverletzungen können eine Operation erfordern, um die Gewebeschäden zu beheben und die Beweglichkeit wiederherzustellen.
In einem Artikel, der im Fachblatt Applied Biosciences erschien, wird die biomechanische Prüfung eines 3D-gedruckten Meniskus beschrieben. Insbesondere interessierte die Forschenden, ob der gedruckte Meniskus die Festigkeit und Haltbarkeit besitzt, um Meniskusrisse wirksam zu reparieren und die Biomechanik des Knies wiederherzustellen.
Die Publikation will „Schritte aufzeigen, die erforderlich sind, um neuartige Meniskusreparaturvorrichtungen zu testen, bevor man zu Tierversuchen übergeht“.
Im ersten Testschritt wurde die Fähigkeit des 3D-gedruckten Meniskus ermittelt, der chirurgischen Fixierung standzuhalten, indem die Ausziehkraft der Naht gemessen wurde. Die Autoren zeigen, dass vertikale 2/0-Seiden- oder Fiberwire-Nähte durchschnittlich 1,4 bzw. 1,8 N benötigen, um durch den Meniskus zu ziehen, während horizontale Nähte nur 0,7 bzw. 1,2 N benötigen.
Im nächsten Schritt wurde die Druckfestigkeit von normalem, geschädigtem und repariertem Meniskusgewebe vom Schwein gemessen. Dabei zeigte sich, dass eine Meniskektomie die Steifigkeit des Meniskusgewebes von 26,7 ± 0,85 N auf 7,43 ± 0,81 N bei 25 % Dehnung senkte.
Mit dem 3D-gedruckten Gewebe reparierte Menisken stellten 66 % der gemessenen Kraft bei 25 % Dehnung wieder her.
Im letzten Schritt wurden die Kontaktdrücke und -flächen in einem Ex-vivo-Schweineknie vor und nach einer Meniskusreparatur mit dem 3D-gedruckten Meniskusgewebe gemessen. Der 3D-gedruckte Meniskus wurde dabei erfolgreich in das Schweinekniegelenk eingenäht, konnte aber den normalen Kontaktdruck im Knie nicht wiederherstellen.
Diese Arbeit zeige, „dass ein iterativer biomechanischer Testprozess für die Entwicklung von Biomaterialien, die Optimierung des 3D-Drucks und die Kniekinematik erforderlich ist, um eine dauerhafte und funktionelle Meniskusreparaturvorrichtung zu entwickeln“
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die beschriebenen Methoden als Leitfaden für die funktionelle Bewertung neuartiger Meniskusreparaturvorrichtungen dienen.
Stichworte:
Meniskus; 3D-Druck; Kniegelenk; Biomechanik; Tissue Engineering; Anpressdruck
Appl. Biosci. 2024, 3(1), 102-122; https://doi.org/10.3390/applbiosci3010007
