Biologisches Material Bioglass® für die Osteosynthese und Knochenregeneration!

Bioglass®, ein bioaktives Glaskeramikmaterial, hat sich in den letzten Jahrzehnten als bahnbrechende Innovation in der Welt der biomedizinischen Materialien etabliert. Dieses faszinierende Material, dessen Entwicklung auf die Pioniere Larry Hench und seine Kollegen an der Universität Florida zurückgeht, zeichnet sich durch eine einzigartige Fähigkeit aus: Es kann direkt mit lebenden Geweben interagieren und sogar biologische Reaktionen im Körper anregen.

Chemische Zusammensetzung und Struktur

Bioglass® ist kein gewöhnliches Glas. Seine spezielle chemische Zusammensetzung, die hauptsächlich Siliziumdioxid (SiO2), Calciumoxid (CaO) und Natriumoxid (Na2O) umfasst, verleiht ihm seine außergewöhnlichen Eigenschaften. Durch ein kontrolliertes Abkühlen des geschmolzenen Glasgemisches entsteht eine amorphe Struktur, die

zahlreiche winzige Poren aufweist. Diese Porosität ist essentiell für die Bioaktivität von Bioglass®. Sie ermöglicht es Körperflüssigkeiten und Zellen, in das Material einzudringen und dort chemische Bindungen zu bilden.

Komponente	Gewichtsanteil (%)
Siliziumdioxid (SiO2)	45 - 60
Calciumoxid (CaO)	20 - 35
Natriumoxid (Na2O)	10 - 15
Phosphorpentoxid (P2O5)	0 - 5

Wie Bioglass® den Knochenaufbau fördert

Wenn Bioglass® im Körper implantiert wird, beginnt eine faszinierende Reise der Heilung. Die Oberfläche des Materials löst sich langsam in der physiologischen Umgebung auf und bildet dabei eine hydroxylapatit-ähnliche Schicht. Hydroxylapatit ist ein natürlicher Bestandteil unserer Knochen und dient als Grundgerüst für diemineralisierte Knochensubstanz. Diese Schicht fungiert als Brücke zwischen dem Bioglass® und den knochenbildenden Zellen, den Osteoblasten. Die Osteoblasten werden angezogen und beginnen,

neue Knochenmatrix auf der Oberfläche des Bioglass® abzulagern. Dadurch füllt sich der Defekt im Knochen allmählich mit neuem, gesundem Knochengewebe.

Einsatzgebiete in der Medizintechnik

Die einzigartige Kombination aus Bioaktivität und mechanischer Festigkeit macht Bioglass® zu einem vielseitigen Material für eine Vielzahl medizinischer Anwendungen:

Knochenimplantate: Bioglass® wird zur Herstellung von Knochenersatzmaterialien verwendet, die Defekte in Knochen aufgrund von Verletzungen, Tumorerkrankungen oder Operationen ersetzen.
Kieferchirurgie: Implantate aus Bioglass® finden Anwendung bei der Rekonstruktion von Kieferknochen, beispielsweise nach Unfällen oder bei angeborenen Fehlbildungen.
Zahnmedizin: Bioglass® kann zur Füllung von Zahnwurzeln und zur Herstellung von künstlichen Zahnkronen verwendet werden.

Herstellung und Verarbeitung von Bioglass®

Die Herstellung von Bioglass® erfolgt in einem mehrstufigen Prozess:

Dosierung und Mischung der Rohstoffe: Die genau abgestimmten Mengen der verschiedenen Glasbildner werden sorgfältig gemischt.
Schmelzen des Glasgemisches: Die Rohstoffmischung wird in einem Ofen bei sehr hohen Temperaturen geschmolzen (über 1400 °C).
Abkühlen und Formgebung: Das geschmolzene Glas wird kontrolliert abgekühlt, um eine amorphe Struktur zu erhalten. Anschließend kann das Bioglass® in verschiedenen Formen verarbeitet werden, z. B. als Granulat, Pulver oder kompakte Blöcke.
Sterilisation: Vor der Verwendung in medizinischen Anwendungen muss Bioglass® sterilisiert werden, um jegliche Kontaminationen zu eliminieren.

Herausforderungen und Zukunftsperspektiven

Trotz seiner vielen Vorteile stehen Materialwissenschaftler vor einigen Herausforderungen bei der Anwendung von Bioglass®:

Langsame Abbaugeschwindigkeit: Der Abbauprozess von Bioglass® kann relativ langsam sein. Dies kann dazu führen, dass die Implantate nicht schnell genug mit neuem Knochengewebe durchwachsen werden.
Begrenzte mechanische Festigkeit: Im Vergleich zu anderen biokompatiblen Materialien wie Titan ist Bioglass® weniger stark.

Die Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet von Bioglass® schreitet jedoch voran. Wissenschaftler experimentieren mit neuen Zusammensetzungen und Herstellungsverfahren, um die Abbaugeschwindigkeit und mechanischen Eigenschaften zu verbessern. Die Zukunft von Bioglass® sieht vielversprechend aus.