Diese Watte ist speziell: «In einen Knochendefekt gestopft, sendet sie das Signal aus ‹Hier bitte Knochen bilden!›», sagt Wendelin Stark, Chemiker an der ETH Zürich. Den Rest macht der Körper selbst. Ist der Knochen verheilt, verschwindet das synthetisch hergestellte Material vollständig. Unterm Mikroskop unterscheidet sich der neu gebildete Knochen nicht von normalem.  Stark hat zusammen mit Patrick Schmidlin vom Zentrum für Zahnmedizin an der Universität Zürich die «Knochenwatte» entwickelt, die künftig orthopädischen Patienten ebenso nützen soll wie solchen beim Zahnarzt.

Solche Knochenwachstumshil­fen sind dringend gesucht. Denn verzögert oder nicht heilende Knochendefekte werden immer häufiger. Jeder zehnte Knochenbruch macht Unfallchirurgen zufolge Probleme. Dazu tragen die zunehmende Lebenserwartung, mit dem Alter brüchiger werdende Knochen und chronische Krankheiten wie Diabetes oder Infektionen, welche die Knochenheilung verzögern können, bei. 

Nicht nur Orthopäden, auch Zahnärzte und Kieferchirurgen benötigen feste Knochen, um Zahnimplantate zu befestigen. Laut Schätzungen werden weltweit jährlich mehr als eine Mil­lion Mal Knochenersatzmaterialien benötigt. Mit verschiedenen Methoden versuchen Wissenschaftler deshalb, die Knochenheilung anzuregen, sie zu beschleunigen oder Knochen an bestimmten Körperstellen wie dem Kiefer wieder aufzubauen. Bisher benützen die Ärzte Knochentransplantate, Knochenersatzmaterialien, Ultraschall oder hormonelle Wachstumsfaktoren. Die Zürcher Forscher haben nun etwas ganz ?Neues erfunden: Watte, die zu Knochen wird. Dies ist möglich, weil die Knochenwatte aus Materialien besteht, die der Körper kennt: Kalzium, Phosphat und Polymilchsäure. Kalzium und Phosphat sind essenzielle Bausteine für die Knochenbildung. Den Wissenschaftlern gelang es nun, diese Elemente unter hohen Temperaturen zu einem schnell reagierenden Kalziumphosphat-Staub zu verarbeiten, also in Nanopartikel. Diese wiederum verbinden sich mit Polymilchsäure und lassen sich zu einem ultradünnen Faden spinnen. Wird er manuell oder maschinell «zerfusselt», entsteht ein Wattebausch, der sich optisch und mechanisch nicht von Kosmetikwatte unterscheiden lässt.

Der Wattebausch wird sterilisiert und in Portionen abgepackt, sodass ein Zahnarzt oder Chirurg ihn verwenden kann. In der knöchernen Wunde kommt das Material mit Feuchtigkeit in Berührung und beginnt, Kalzium und Phosphat «auszuschwitzen». Die Folge: Es bildet sich Hydroxylapa­tit, die Grundlage von Knochen.  Notwendig sind dazu noch Knochen bildende Zellen. Sie kommen vom Patienten selbst: «Wir nehmen an, dass sie an den Fasern der Knochenwolle entlang enorm schnell den ganzen Defekt durchdringen. Wegen der grossen Mengen an Kalzium und Phosphat, die sie dort vorfinden, fangen sie an, die Struktur zu verknöchern», erklärt Stark.

Die Knochenwolle bildet ein temporäres Hilfsgerüst 

Weil nun an vielen Stellen gleichzeitig Knochenaufbau stattfindet und nicht nur wie normalerweise von den Knochenrändern des Defekts her, geht es besonders rasch voran mit der Heilung. «Die Knochenwolle bildet lediglich ein temporäres Hilfsgerüst. Sobald die Knochenzellen darum herum gewachsen sind, wird es komplett abgebaut», erklärt Alexander Philipp, Zahnarzt in Effretikon ZH und Chef-Technologe der neu gegründeten Firma Zurich Biomaterials LLC, welche die Knochenwatte vermarkten soll.  Je mehr Watte man in einen Defekt hineinbringe, umso mehr Volumen bilde der Knochen, sagt Philipp, der an der Entwicklung der Knochenwatte beteiligt war. So könne der Arzt das Knochenwachstum steuern. Als Zahnarzt schätzt Philipp die gute Handhabung der Knochenwatte, besonders wenn es darum geht, nach dem Ziehen von Zähnen Knochendefekte am Kiefer zu beheben oder um Knochen aufzubauen, in dem Zahnimplantate fest verankert werden können.

Noch ist die Knochenwatte für den Einsatz beim Menschen nicht zugelassen. Doch nachdem die Forscher in den vergangenen Jahren Operationen am Kieferknochen sowie an Röhrenknochen von Tieren erfolgreich durchführen konnten, läuft derzeit das Verfahren zur CE-Zertifizierung der Knochenwatte, die den Einsatz erlauben würde. 

Geplant sind zunächst Anwendungen in der Zahnheilkunde und Kieferchirurgie. Da sich die Watte auch mit antibakteriell wirkenden Silberpartikeln versetzen lässt, könnte sie auch für Knochenheilungsstörungen aufgrund von Infektionen interessant sein.  Wendelin Stark ist überzeugt, dass auch Orthopäden die Knochenwatte interessieren dürfte, zum Beispiel zum Auffüllen knöcherner Hohlräume oder zum Verstärken brüchiger Knochen. Geplant sind in nächster Zeit ?Studien bei Patienten mit komplizierten Handwurzelbrüchen ?sowie bei Neugeborenen mit Lippen-Kiefer-Gaumenspalten. Bei ihnen dient die Watte als Trägermaterial für Stammzellen, die den Verschluss der Spalten bewirken sollen.

Quelle: Sonntagszeitung vom 20.4.2014