Die Erfindung betrifft einen bioaktiven Träger für die Ansiedlung lebender Zellen, mit einem porösen dreidimensionalen Steggerüst aus Glas.

Die Arthrose ist eine häufige und durch entstehende Behandlungskosten und Arbeitsunfähigkeit volkswirtschaftlich sehr wichtige Gelenkerkrankung, deren Bedeutung vor dem Hintergrund des derzeitigen demografischen Wandels zunimmt. Sie ist derzeit noch unheilbar, gekennzeichnet durch einen fortschreitenden Verlauf, wobei in den Gelenken unter anderem der Knorpel angegriffen wird, seine Festigkeit verliert und teilweise aufgelöst wird. Die Arthrose entsteht oft als Folge von Gelenkknorpelverletzungen, denn der Gelenkknorpel und Knorpelgewebe im Allgemeinen verfügen nur über eine äußerst geringe Selbstheilungsfähigkeit. Als Behandlungsoption zur Rekonstruktion der Gelenkflächen nach Knorpelverletzungen und fortgeschrittener Arthrose bleibt häufig nur ein entsprechender chirurgischer Eingriff, der oft mit einem teilweisen oder kompletten Ersatz des Gelenks durch ein Implantat einhergeht. Alternativ hierzu wird die Möglichkeit der Züchtung von entsprechendem körpereigenem Knorpelgewebe in vitro als biologischer Ersatz angestrebt. Dieses Ersatzgewebe wird nach seiner Züchtung in den Knorpeldefekt des Patienten übertragen, um den defekten Gelenkknorpel zu ersetzen.

Um eine dreidimensionale Anordnung der Knorpelzellen zu gewährleisten, werden natürliche und synthetische Biomaterialien eingesetzt, die sich, sobald die Gewebeneubildung im Defekt vorangeschritten ist, auflösen sollen.

Dieses Verfahren der Gewebegewinnung durch Züchtung kultivierter Zellen in einem geeigneten Biomaterial wird „Tissue Engineering“ genannt. Hierbei wird also zunächst in vitro, d.h. in einer Zellkultur eine Zellproliferation von adhärenten Zellen und eine anschließende Gewebebildung auf einem dreidimensionalen bioaktiven Träger erreicht. Um dieses in vitro Wachstum von Knorpelzellen, sog. Chondrozyten zu erreichen, müssen aus dem Körper entnommene Zellen in einer geeigneten Umgebung stimuliert werden. Eine passende geometrische Anordnung der Zellen kann die Bildung des neuen Gewebes unterstützen. Für das in vitro Wachstum der Zellen und eine Gewebebildung sind mehrere grundlegende Faktoren von hoher Bedeutung:

Es muss ein geeignetes offenporiges Gerüst mit einer Porosität von wenigstens 60 % für das Wachstum der Zellen vorhanden sein, also ein bioaktiver Träger, der nicht nur die mechanischen Anforderungen, die an einen solchen Träger im zukünftigen Gewebe gestellt werden, erfüllt, sondern der auch hinreichend zyto- und biokompatibel ist, um das Zellüberleben zu gewährleisten und keine Entzündung auszulösen.

Auf dem bioaktiven Träger, dem sogenannten Scaffold, müssen lebende und vermehrbare Zellen ansiedelbar sein. Das heißt, dass eine hinreichende Zelladhäsion am Scaffold möglich sein muss. Die Zelloberflächenrezeptoren müssen daher Strukturen im Scaffold als Bindungsmotive erkennen und die dafür erforderlichen Kofaktoren (u.a. Ionen) müssen ausreichend verfügbar sein.

Weiterhin muss eine Anregung und Kontrolle einer Zelltyp-spezifischen Signaltransduktion der lebenden Zellen möglich sein, was beispielsweise durch Wachstumsstimulatoren (wie Wachstumsfaktoren, Ionen, aber auch eine geeignete Scaffoldtopologie) erreicht werden kann.

Schließlich muss für eine initiale Zellproliferation, also eine Zellvermehrung und ein Zellwachstum, sowie eine spätere Differenzierung der Zellen ein förderliches extrazelluläres Milieu in dem Scaffold und um die Zellen herum vorhanden sein.

Von besonderem Interesse ist die durch u.a. die geometrische Scaffoldstruktur (Topologie) und Wachstumsfaktoren gesteuerte Synthese einer neuen extrazellulären Knorpelmatrix durch die Zellen im Scaffold, da der Gelenkknorpel zu über 90 % aus extrazellulärer Matrix (ECM = extracellular matrix) besteht. Bei den Stimulationsfaktoren für das Zellwachstum und für die Matrixsynthese kann man im Wesentlichen zwischen elektro-/ biochemischen, Struktur-assoziierten und mechanischen Faktoren unterscheiden. Wenn sich die angesiedelten Zellen gut vermehren sollen, sind diese Faktoren entsprechend für die zu züchtende Zellart zu wählen.

Im Rahmen des Tissue Engineering stellt dabei der bioaktive Träger ein zentrales Element dar, denn er muss einerseits mechanisch hinreichend stabil sein, andererseits muss er die Zelladhäsion, das Zellwachstum und die ECM-Synthese ermöglichen. Auch muss er auflösbar („degradierbar“) sein, wobei durch das Auflösen des bioaktiven Scaffolds entstehende Konzentrationsgradienten von Ionen mit entsprechenden chemischen und elektrochemischen Potentialen die Zellproliferation, die Zelldifferenzierung und die ECM-Synthese unterstützen können. Glas wird in diesem Zusammenhang als exzellenter Werkstoff für die Herstellung eines solchen bioaktiven Trägers angesehen.

Solche bioaktiven Träger, auch Biogläser genannt, sind in unterschiedlichen Anwendungen bekannt, beispielsweise aus WO 2011/161422 A1 , WO 2016/089731 A1 oder WO 2014/168631 A1. Diese Druckschriften beschäftigen sich explizit mit der Herstellung eines Scaffolds. Die dort beschriebenen bioaktiven Träger respektive Biogläser basieren auf erdalkalihaltigen und phosphathaltigen Glassystemen, die in wässrigen Lösungen eine Hydroxylapatit-Schicht an der Glasoberfläche bilden. Diese Hydroxylapatit-Schicht bildet eine Grenzfläche als sogenannte Grenzschicht, an der die lebenden, zu vermehrenden Zellen anhaften müssen und die wachstumsförderlich sein soll. Das bekannteste dieser erdalkalihaltigen Biogläser ist unter der Bezeichnung 45 S5 bekannt. ln DE 102018 114946 B3 wird ein bioaktiver T räger aus Glas beschrieben, der hervorragende Eigenschaften bezüglich der Bioaktivität und der erforderlichen Geometrie für ein gutes Zellwachstum aufweist. Die Bioaktivität wird durch eine Auslaugung der Oberflächenschicht des Glas-Scaffolds mit zugehöriger Gel- Bildung an der Oberfläche erreicht. Aufgrund der Auslaugung und eines auslaugungsbedingt reduzierten Gehalts an Alkalimetalloxiden in der ausgelaugten Oberfläche und der Einlagerung von OH-Gruppen respektive Wasser in das auslaugungsbedingt „offene“ Netzwerk im Auslaugungsbereich sind die entsprechenden Baugruppen innerhalb der Glasmatrix nur gering verknüpft. Dies führt zu einer reduzierten chemischen Beständigkeit und fördert die Auflösung des Trägers beim in vivo-Einsatz, das heißt, dass sich der Glasträger aufgrund des bei einem in vivo-Einsatz gegebenen hydrolytischen Säure-Lauge- Angriffs des umgebenden Mediums auch auflöst. Diese Auflösbarkeit, also die Biodegradierung, ist eine zentrale Eigenschaft eines jeden bioaktiven Trägers aus Glas, wenn er in vivo eingesetzt werden soll.

Die spezifischen Glasstrukturen eines solchen bioaktiven Trägers, wie er beispielsweise aus DE 102018 114946 B3 bekannt ist, sind durch sehr dünne Stege im porösen dreidimensionalen Steggerüst gekennzeichnet, die wesentlich für die Festigkeit des Steggerüsts sind. Zur Ausbildung einer offenporigen, quasi schwammartigen Struktur sind Stegdicken von 10 - 400 pm bevorzugt, das heißt, dass es sich um ein sehr feinstrukturiertes Gerüst handelt. Daher ist die Festigkeit solcher Glasgebilde insbesondere beim Auflösen des Glases im in vivo-Einsatz begrenzt, was wie beschrieben gewünscht ist. Allerdings wird für den Implantateinsatz eine gewisse Festigkeit gefordert, damit kurzzeitige Scher- und Druckbelastungen nicht zu einem Auseinanderklaffen und damit zu einer Zerstörung des Implantats führen. Im in vivo-Einsatz wird die Festigkeit des Implantats nicht allein von dem anorganischen Steggerüst definiert, sondern auch von der ECM, die einen Teil der mechanischen Belastung übernehmen soll, gleichwohl spielt auch die mechanische Festigkeit des Trägers respektive Steggerüsts eine Rolle.

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, einen demgegenüber verbesserten bioaktiven Träger anzugeben.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einem bioaktiven Träger der eingangs genannten Art erfindungsgemäß eine poröse Verstärkungsstruktur aus einem synthetischen, im menschlichen oder tierischen Körper auflösbaren Polymer vorgesehen.

Der erfindungsgemäße bioaktive Träger zeichnet sich durch eine zusätzliche Verstärkungsstruktur aus, die dazu dient, den Träger selbst zu verstärken oder zu versteifen, ihm also als Gesamtbauteil eine höhere mechanische Festigkeit zu verleihen, so dass er in der Lage ist, kurzzeitig auch höhere Belastungen aufzunehmen, ohne dass es zu einem Auseinanderklaffen oder Zerbrechen des Steggerüsts kommt. Zusätzlich zu dem Steggerüst aus Glas, das im Hinblick auf den in vivo-Einsatz natürlich ebenfalls grundsätzlich im menschlichen oder tierischen Körper über einen entsprechenden Zeitraum aufgelöst werden kann, wird eine ebenfalls poröse Verstärkungsstruktur am Steggerüst vorgesehen, die aus einem synthetischen, im menschlichen oder tierischen Körper ebenfalls zellverträglich, also nicht-toxisch auflösbaren Polymer besteht. Wie auch das Steggerüst ist auch die Verstärkungsstruktur porös, um die Eigenschaft des Trägers als quasi schwammartiges Gebilde beizubehalten und eine Ansiedlung von Zellen innerhalb des gesamten Volumens des dreidimensionalen Trägers zu ermöglichen.

Während ein reines, unverstärktes Steggerüst bei Druckbelastung in sich zusammenbricht, da die Stege kontinuierlich brechen, hat sich gezeigt, worauf nachfolgend noch eingegangen wird, dass sich durch Applizieren einer solchen Polymer-Verstärkungsstruktur die Festigkeit respektive Widerstandsfähigkeit des bioaktiven Trägers gegen eine solche mechanische Belastung deutlich verbessert, da der Träger quasi elastische Eigenschaften aufweist und unter Belastung seine Form behält und der Belastung einen Widerstand entgegensetzt. Das heißt, dass das Glasgerüst respektive Scaffold im Wesentlichen erhalten bleibt und nicht in seine Einzelteile zerbricht, mithin also eine Glasgerüststabilisierung gegeben ist und ein erhöhter Widerstand gegenüber einer Druckbelastung respektive Verdichtung erreicht wird.

Diese Polymerverstärkung ermöglicht daher die Realisierung eines Implantats, das einen verbesserten Widerstand gegen äußere Belastungen aufweist und dem bioaktiven Träger eine Formstabilität mit elastischem Verhalten verleiht, ohne dass die vorteilhaften Eigenschaften des Bioglases beeinträchtigt werden.

Als Glas zur Bildung des dreidimensionalen Steggerüsts kann wie gesagt jedes Bioglas verwendet werden, das grundsätzlich im menschlichen oder tierischen Körper auflösbar ist und das die Ansiedlung von lebenden Zellen ermöglicht. Neben Gläsern, wie sie einleitend bereits beschrieben wurden, eignet sich insbesondere das aus DE 102018 114946 B3 beschriebene Bioglas, das mit der erfindungsgemäßen Polymerverstärkungsstruktur versehen werden kann und aufgrund der oberflächlichen Auslaugung des Steggerüsts, die vor oder nach Applizieren der Polymerverstärkung erfolgen kann, die hervorragenden Trägereigenschaften aufweist.

Eine wesentliche Eigenschaft der Polymer-Verstärkungsstruktur ist, neben der Verleihung der entsprechenden Festigkeit respektive Widerstandsfähigkeit bezüglich mechanischer Belastungen, die Auflösbarkeit des Polymers im menschlichen oder tierischen Körper, also im in vivo-Einsatz, das heißt, dass das Polymer entsprechend abbaubar ist, wobei während dieses Abbaus keine das Zellwachstum nachteilig beeinträchtigenden oder gewachsene Zellen wieder zerstörenden toxischen Stoffe emittiert werden sollen. Ein Polymer, das sich hierfür als besonders geeignet erwiesen hat, ist ein Polymer aus der Gruppe der Polylactide, also der Polymilchsäuren (PLA, polylactic acid). Hierbei handelt es sich um synthetische Polymere, die zu den Polyestern zählen und die aus vielen, chemisch aneinander gebundenen Milchsäuremolekülen aufgebaut sind. Aufgrund ihrer Molekülstruktur sind sie sehr gut biologisch abbaubar, was sie für einen in vivo-Einsatz auszeichnet.

Unter den Polylactiden sind insbesondere Poly(L-lactid), Poly(L-lactid-co-glycolid), Poly(L-lactid-co-D,L-lactid), Poly(D,L-lactid) oder Poly(D,L-lactid-co-glycolid) geeignet, die Verstärkungsstruktur herzustellen. In der nachfolgenden Tabelle sind zu den geeigneten biodegradierbaren synthetischen Polymeren die ungefähren Abbauraten im menschlichen Körper sowie die inhärente Viskosität, die ein Maß für die Elastizität des Materials ist, dargestellt.

Gemäß einer ersten Erfindungsalternative kann die Verstärkungsstruktur eine das Steggerüst außenseitig umgebende Faserstruktur sein. Demgemäß wird also die Verstärkungsstruktur quasi außenseitig am Steggerüst, dieses quasi einfassend oder umgebend, angebracht. Diese äußere Verstärkungsstruktur ist elastisch und setzt einer äußeren Belastung einen entsprechenden Widerstand entgegen, so dass das quasi innenliegende Steggerüst geschützt ist. Dabei kann erfindungsgemäß die Verstärkungsstruktur in Form einer Umspinnung um das Steggerüst ausgeführt sein. Das heißt, dass um das Steggerüst eine dünne Polymerfaser gesponnen wird, die das Steggerüst nach Art eines sehr offenporigen Kokons umgibt, wobei die Fasern nur punktuell am Steggerüst anliegen. Dabei wird die Umspinnung bevorzugt derart angebracht, dass das Steggerüst allseitig eingefasst ist.

Die Umspinnung ist, wie beschrieben, derart anzubringen, dass nach wie vor die Offenporigkeit gegeben ist. Bevorzugt wird die Umspinnung respektive Faserstruktur derart angebracht, dass die von ihr bedeckte Oberfläche maximal 10% beträgt. Das heißt, dass also 90% oder mehr der das Steggerüst einhüllenden Fläche nicht umsponnen ist, dass also über 90% der Oberfläche der durch das Steggerüst definierten Außenseite nach wie vor offen ist und ein Einbringen der Nährlösung und ein Zellwachstum im Inneren ohne Probleme möglich ist.

Die Fasern der Faserstruktur selbst weisen bevorzugt einen Durchmesser von 2 - 100 gm, insbesondere von 5 - 75 gm und vorzugsweise von 10 - 50 gm auf, das heißt, dass es sich um extrem feine Fasern handelt.

Während gemäß der ersten Erfindungsalternative die Verstärkungsstruktur außenseitig auf die Stegstruktur aufgebracht ist, ist gemäß einer zweiten Erfindungsalternative vorgesehen, als Verstärkungsstruktur eine im Inneren des Steggerüsts ausgebildete Faserstruktur zu applizieren. H ier ist also die Verstärkungsstruktur im Volumen des Glasgerüsts ausgebildet. Die die Verstärkungsstruktur bildenden Fasern erstrecken sich hier zwischen den Stegen, wobei sie sich gegebenenfalls auch über mehrere Stege erstrecken können. Bevorzugt bildet die Faserstruktur eine zumindest abschnittsweise zusammenhängende Fasergerüststruktur, das heißt, dass sich nicht nur einzelne Fasern zwischen den Stegen, diese versteifend, erstrecken, sondern ein echtes Polymergerüst als zusätzliches Versteifungsgerüst innerhalb des Glasgerüsts gebildet ist. Auch hier wirkt die Versteifungsstruktur, also beispielsweise das Polymergerüst, festigkeitserhöhend, so dass bei einer etwaigen Belastung das Glasgerüst nicht in sich zusammenbricht, sondern aufgrund der elastischen Eigenschaften der Verstärkungsstruktur der Belastung ein Widerstand entgegengesetzt wird, so dass der Träger eine gewisse Elastizität aufweist und imstande ist, etwaige Belastungen aufzunehmen.

Auch bei dieser zweiten Erfindungsalternative wird trotz Integration der Verstärkungsstruktur nach wie vor ein hoher Porositätsgrad aufrechterhalten, um ein Zellwachstum im Trägerinneren zu ermöglichen. Die Porosität des Trägers sollte trotz integrierter Verstärkungsstruktur respektive integriertem Polymergerüst wenigstens 80% betragen.

Wenngleich von den vorstehend beschriebenen beiden Alternativen entweder die außenseitige Faserstruktur oder die innenseitige Faserstruktur als Verstärkungsstruktur appliziert werden kann, ist es erfindungsgemäß auch denkbar, sowohl eine außenseitige Faserstruktur als auch eine innere Faserstruktur vorzusehen, also beide Verstärkungstechniken zu kombinieren. Beispielsweise wird zuerst die innere Faserstruktur, also beispielsweise das zusammenhängende Polymergerüst im Glasgerüst ausgebildet, wonach in einem zweiten Schritt die äußere Verstärkungsstruktur durch Umspinnen appliziert wird. Die Porosität ist nach wie vor ausreichend, um das Trägervolumen mit Zellen zu besiedeln, wobei die Festigkeit des Trägers in diesem Fall noch größer ist als bei Applikation nur eines Verstärkungsstrukturtyps.

Das Steggerüst selbst sollte eine Porosität von wenigstens 80%, bevorzugt mehr, aufweisen, wobei, wie ausgeführt, durch Applikation der entsprechenden Versteifungsstrukturen die Gesamtporosität des Trägers nur geringfügig reduziert wird.

Die Porengröße des Steggerüsts sollte zwischen 20 - 300 pm, insbesondere zwischen 50 - 200 pm betragen, während die Stege des Steggerüsts eine Dicke von 10 - 400 pm, insbesondere 20 - 200 pm und vorzugsweise zwischen 50 - 150 pm aufweisen können.

Das Steggerüst selbst kann auf unterschiedliche Weise hergestellt werden. Denkbar ist es, das Steggerüst aus miteinander durch Sintern verbundenen Glasfasern herzustellen. Hier werden also einzelne Glasfasern, entweder einzeln oder beispielsweise in Form von vorgefertigten Glasfasermatten oder Glasfasergelegen oder Ähnlichem übereinandergelegt und durch Sintern an den einzelnen Kontaktstellen miteinander verbunden, so dass sich ein entsprechendes Glasgerüst ausbildet. Unter Verwendung solcher Glasfasern ist es möglich, verschiedenartige Trägergeometrien herzustellen, beispielsweise in Form von Platten, rechteckigen oder quadratischen Würfeln, Trapez- oder Kugelformen, aber auch Flohlkörper wie beispielsweise ein Röhrchen oder dergleichen. Denn die Glasfasern können in unterschiedliche Geometrien gelegt und anschließend zusammengesintert werden, was es ermöglicht, die Grundform des bioaktiven Trägers im Hinblick auf die gewünschte Geometrie des fertigen, besiedelten Implantats auszulegen.

Alternativ zur Verwendung von Glasfasern, die natürlich entsprechend der gewünschten Stegdicke sehr dünn sind, sieht eine zweite Alternative zur Herstellung des Steggerüsts vor, dieses aus einem gesinterten Glaspulver zu fertigen. Bei dieser Alternative wird beispielsweise eine Polymerträgerstruktur verwendet, die mit einer Glaspulversuspension belegt wird. In einem anschießenden Sintervorgang werden die Glaspartikel durch Sintern miteinander verbunden, während die Polymerträgerstruktur verbrennt. Hier ergibt sich ebenfalls ein poröses, dreidimensionales Steggerüst, dessen Geometrie von der Geometrie der Polymerträgerstruktur abhängt. Es ist offensichtlich, dass auch hier je nach Form der Polymerträgerstruktur beliebige Trägergeometrien hergestellt werden können.

Besonders bevorzugt weist das Steggerüst einen Gehalt an Erdalkalimetalloxiden von maximal 2,0 Masse% auf und ist zumindest oberflächlich, vorzugsweise über den gesamten Stegquerschnitt, durch Auslaugung in seinem Gehalt an Alkalimetalloxiden reduziert. Ein derartiges Steggerüst ist besonders zweckmäßig, da es keine Hydroxylapatit-Schicht aufweist und sich einerseits sehr gut für ein Zellwachstum eignet, andererseits sich aber auch im in vivo-Einsatz gut auflöst. Ein solches Steggerüst ist in DE 102018 114946 B3 ausführlich beschrieben. Es wird ausdrücklich auf diese Druckschrift verwiesen, wobei der gesamte Offenbarungsgehalt in Bezug auf den bioaktiven Träger bzw. das Steggerüst, die Herstellung eines bioaktiven Trägers mit einem solchen ausgelaugten Steggerüst, die verwendbaren Materialien und die entsprechenden Herstellungsverfahren etc. explizit in die vorliegende Offenbarung eingebunden wird.

Neben dem bioaktiven Träger selbst betrifft die Erfindung ferner ein Verfahren zur Herstellung eines bioaktiven Trägers, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines porösen dreidimensionalen Steggerüsts aus Glas, b) Erzeugen einer das Steggerüst verstärkenden, porösen Verstärkungsstruktur aus einem synthetischen, im menschlichen oder tierischen Körper auslösbaren Polymer.

Das Verfahren zeichnet sich also durch zwei zentrale Schritte aus, nämlich zum einen das Bereitstellen des entsprechenden Glas-Steggerüsts aus einem biodegradierbaren Glas, das sich also im menschlichen oder tierischen Körper auflösen kann. Es können unterschiedliche Gläser verwendet werden, solange diese Voraussetzung erfüllen. Bevorzugt, jedoch nicht beschränkend, wird, wie bereits beschrieben, ein Steggerüst wie in DE 102018 114946 B3 offenbart verwendet.

Im zweiten zentralen Schritt wird die das Steggerüst verstärkende, poröse Verstärkungsstruktur appliziert, wobei auch diese aus einem Material gefertigt wird, das im menschlichen oder tierischen Körper zellverträglich, also nicht-toxisch abbaubar ist. Erfindungsgemäß wird hierzu ein synthetisches Polymer verwendet.

Als synthetisches Polymer wird bevorzugt ein Polylactid verwendet, und innerhalb dieser Gruppe bevorzugt und als Polymer Poly(L-lactid), Poly(L-lactid-co-glycolid), Poly(L-lactid-co-D,L-lactid), Poly(D,L-lactid) oder Poly(D,L-lactid-co-glycolid) verwendet.

Herstellungstechnisch in Bezug auf die Applikation respektive Erzeugung der Verstärkungsstruktur sind zwei grundsätzlich unterschiedliche Herstellungsvarianten denkbar. Gemäß einer ersten Erfindungsalternative wird als Verstärkungsstruktur eine das Steggerüst außenseitig, vorzugsweise allseitig, umgebende Faserstruktur in Form einer Umspinnung auf das Steggerüst aufgebracht. Demgemäß wird also eine sehr dünne Polymerfaser um das Steggerüst gelegt, die Faserstruktur hüllt dieses quasi ein, wobei der Umspinnungsgrad natürlich sehr gering ist im Hinblick auf die tatsächlich bedeckte Fläche, die bevorzugt maximal 10 % beträgt, das heißt, dass sichergestellt wird, dass, von außen gesehen, der umsponnene Träger nach wie vor extrem offenporig ist, so dass im Rahmen der Zellbesiedlung die entsprechenden Lösungen etc. in das Trägervolumen eindringen und die Zellen dort ansiedeln können. In weiterer Konkretisierung dieser Erfindungsvariante ist vorgesehen, dass aus einer Polymerlösung ein Polymerfaden gezogen oder gesponnen wird, der anschließend um das Steggerüst gesponnen wird, wonach, gegebenenfalls nach einer Trocknung, eine Wärmebehandlung erfolgt. Es wird also zunächst eine Polymerlösung hergestellt, die beispielsweise aus bidestilliertem Wasser, 1,4- Dioxan und dem gewünschten Polymer, also beispielsweise dem Polylactid, das zu 2 - 10 Masse% zugegeben wird, besteht. Das Verhältnis von Wasser : Dioxan sollte beispielsweise 13 : 87 betragen, wobei der Wasseranteil auch höher oder niedriger, bis minimal 0 Masse%, sein kann. 1,4-Dioxan ist ein geeignetes

Lösungsmittel, wobei auch andere organische Lösungsmittel, gegebenenfalls auch als Beimischung zu 1,4-Dioxan, verwendet werden können.

Nach Herstellung der Polymerlösung wird die entsprechende Polymerfaser gezogen und um das Steggerüst gesponnen. Dies kann, insbesondere im

Labormaßstab, manuell, in größerem Maßstab bevorzugt maschinell erfolgen. Anschließend kann, wenn erforderlich, eine Trocknung erfolgen, um das Wasser auszutreiben, woran sich eine Wärmebehandlung anschließt, um schließlich das Dioxan, also das Lösungsmittel, zu entfernen und das Polymer zu vernetzen. In dieser Wärmebehandlung findet folglich ein Tempern statt.

Die Polymerlösung kann dabei auf eine Temperatur von 40 - 90° C erwärmt werden, um die Polymerfaserzu ziehen. Die Wärmebehandlung sollte bei einer Temperatur von 50 - 200° C für 0,2 - 4 h erfolgen.

Die gezogene Polymerfaser sollte einen Durchmesser von 2 - 100 pm, insbesondere von 5 - 75 pm und vorzugsweise von 10 - 50 pm aufweisen, wobei beim Herstellen der Polymerfaser zu berücksichtigen ist, dass es beim Trocknen/ Sintern aufgrund des Wasser- und Dioxanverlusts zu einem Schrumpfen um ca. 20 % kommen kann.

Eine konkrete Herstellungsvariante gestaltet sich beispielsweise derart:

1. Bereitstellen eines Steggerüsts aus einem biodegradierbaren Glas, insbesondere gemäß DE 102018 114946 B3,

2. Herstellen einer Polymerlösung aus bidestilliertem Wasser und 1 ,4-Dioxan im Verhältnis von ca. 13 : 87 sowie dem gewünschten Polymer (Polylactid) und Temperieren der Lösung auf eine Temperatur von 40 - 90° C, so dass eine viskose, zieh- oder spinnbare Polymerlösung entsteht,

3. Ziehen oder Spinnen einer Polymerfaser aus der Lösung und Umspinnen der Polymerfaser um das poröse, dreidimensionale Steggerüst derart, dass die Polymerfaser mehrfach vollständig um das Steggerüst gewickelt wird, wobei die Umwicklung bevorzugt an allen Seiten des Steggerüsts erfolgt,

4. Trocknung des umsponnenen Steggerüsts an Luft für mehrere Stunden bei Raumtemperatur,

5. Wärmebehandlung des Steggerüsts samt Polymerfasern bei 50 - 200° C für 0,2 - 4 h zum Tempern.

Dieser Verfahrensablauf ist lediglich beispielhaft, jedoch nicht beschränkend.

Gemäß einer zweiten grundsätzlichen Erfindungsalternative kann die Verstärkungsstruktur auch als eine, vorzugsweise eine zusammenhängende Fasergerüststruktur bildende, Faserstruktur im Inneren des Steggerüsts ausgebildet werden. Demgemäß werden also im Inneren des dreidimensionalen Steggerüsts entsprechende Polymerfasern ausgebildet, die sich vorzugsweise zu einer zusammenhängenden Fasergerüststruktur, also einem inneren Polymergerüst verbinden oder vernetzen, so dass quasi eine doppelte Gerüststruktur aus dem Glasgerüst und dem quasi integrierten, aussteifenden Polymergerüst entsteht.

In weiterer Konkretisierung dieser Verfahrensvariante kann vorgesehen sein, dass das Steggerüst mit einer Polymerlösung getränkt wird, wonach, gegebenenfalls nach Entfernung der Polymerlösung von der Oberfläche des Steggerüsts, das getränkte Steggerüst in Wasser gegeben wird, so dass das Polymer schaumartig ausfällt, wonach, gegebenenfalls nach einer Trocknung, eine Wärmebehandlung erfolgt. Durch das Tränken des Steggerüsts mit der Polymerlösung wird das Polymer ins Innere des Steggerüsts gebracht. Als Polymerlösung wird wiederum bevorzugt eine Mischung aus bidestilliertem Wasser und 1,4-Dioxan in einem Verhältnis von ca. 13 : 87 sowie dem gewünschten Polymer, also vorzugsweise dem Polylactid, zu 2 - 10 Masse% verwendet, wobei hier der Wasseranteil aber auch auf 0 reduziert werden kann, da das Wasser innerhalb der Polymerlösung nicht unbedingt enthalten sein muss, um im späteren Verfahrensgang das Polymer auszufällen.

Nach dem Tränken wird, sofern erforderlich, beispielsweise unter Verwendung eines saugfähigen Tuchs oder dergleichen, die Polymerlösung von der Oberfläche des Steggerüsts und zu geringem Anteil auch aus dem unmittelbar angrenzenden Volumen gezogen, was dazu dient, eine etwaige Hautbildung, die zu einem mitunter weitgehenden Porenverschluss führt, zu vermeiden.

Im nächsten Schritt wird das getränkte Steggerüst in Wasser gegeben, um die Löslichkeitsgrenze zu unterschreiten, so dass das Polymer quasi schaumartig im Volumen des Steggerüsts ausfällt. Nach diesen Ausfällen kann sich optional ein Trocknungsschritt anschließen, in jedem Fall erfolgt aber eine Wärmebehandlung, um aus der Scaffold-artigen Struktur des schaumartig ausgefällten Polymers quasi in einem Sintervorgang die vernetzten Polymerfasern zu bilden, die sich dann von Steg zu Steg erstrecken oder auch entlang der Stege verlaufen und bevorzugt eine verbundene Fasergerüststruktur bilden.

Auch hier kann eine erwärmte Polymerlösung verwendet werden, die eine Temperatur von 20 - 90° C aufweisen kann. Das Wasser, in das der getränkte Träger gegeben wird, sollte eine Temperatur von 10 - 95° C aufweisen, während die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 50 - 200° C für 0,2 - 4 h erfolgen sollte, wobei die Temperatur während der Wärmebehandlung höher als die Wassertemperatur ist.

Eine konkrete Herstellungsroute zur Ausbildung einer solchen inneren Polymer- Gerüststruktur kann wie folgt aussehen:

1. Bereitstellen eines Steggerüsts aus einem biodegradierbaren Glas, insbesondere gemäß DE 102018 114946 B3, 2. Herstellen einer Polymerlösung aus bidestilliertem Wasser und 1 ,4-Dioxan im Verhältnis von ca. 13 : 87 sowie dem gewünschten Polymer (Polylactid) und Temperieren der Polymerlösung auf eine Temperatur von 20 - 90° C,

3. Tränken des Steggerüsts mit der Polymerlösung,

4. gegebenenfalls Entfernen der Polymerlösung von der Oberfläche respektive an der Außenseite des Steggerüsts,

5. Einbringen des getränkten Steggerüsts in Wasser mit einer Wassertemperatur von 10 - 95° C zum Unterschreiten der Löslichkeitsgrenze der Polymerlösung zum Ausfällen eines eine Polymer- Scaffold-Struktur bildenden Polymerschaums,

6. Trocknung des Steggerüsts an Luft für mehrere Stunden bei Raumtemperatur,

7. Wärmebehandlung des Steggerüsts mit ausgefällter schaumartiger Polymer-Scaffold-Struktur bei 50 - 200° C und 0,2 - 4 h, wobei die Temperatur bei der Wärmebehandlung höher ist als die Wassertemperatur.

Eine alternative Verfahrensvariante zur Erzeugung einer inneren Polymer- Gerüststruktur sieht vor, dass das Steggerüst mit einer Polymerlösung getränkt wird, wonach eine Abkühlung zum Unterscheiden der Löslichkeitsgrenze erfolgt, so dass das Polymer schaumartig ausfällt, wonach, gegebenenfalls nach einer Trocknung, eine Wärmebehandlung erfolgt. Auch hier wird eine Polymerlösung wie vorstehend beschrieben verwendet (bidestilliertes Wasser, 1,4-Dioxan, Polymer), mit der das Steggerüst aus biodegradierbarem Glas getränkt wird. Anders als bei der vorstehenden Variante, bei der zum Unterscheiden der Löslichkeitsgrenze das getränkte Steggerüst in Wasser gegeben wird, wird hier die Löslichkeitsgrenze durch Abkühlen unterschritten, so dass das Polymer schaumartig ausfällt. Nach gegebenenfalls durchgeführter Trocknung schließt sich auch hier eine Wärmebehandlung an, um durch finales Sintern die vernetzten Polymerfasern im Steggerüstinneren auszubilden.

Die Polymerlösung weist hier eine höhere Temperatur von beispielsweise 50 - 90° C auf. Die Abkühlung erfolgt möglichst rasch bis unter den azeotropen Punkt der Polymerlösung, idealerweise 5 - 10 K unterhalb dieses azeotropen Punkts, woran sich eine gewisse Haltezeit anschließt. Die Wärmebehandlung selbst erfolgt wiederum bei einer Temperatur von 50 - 200° C für 0,2 - 4 h.

Eine konkrete Herstellungsroute dieser dritten Variante kann wie folgt sein:

1. Bereitstellen eines Steggerüsts aus einem biodegradierbaren Glas, insbesondere gemäß DE 102018 114946 B3,

2. Herstellen einer Polymerlösung aus bidestilliertem Wasser und 1 ,4-Dioxan im Verhältnis von ca. 13 : 87 sowie dem Polymer (Polylactid) zu 2 - 10 Masse% und Temperieren der Polymerlösung auf 50 - 90° C,

3. Tränken des Steggerüsts mit der Polymerlösung,

4. gegebenenfalls Entfernen der Polymerlösung von der Oberfläche des Steggerüsts,

5. schnelle Abkühlung des getränkten Steggerüsts mit Unterschreitung der Löslichkeitsgrenze, bevorzugt 5 - 10 K unterhalb des azeotropen Punkts, und Halten bei dieser Temperatur für 5 - 120 min zum Ausfällen eines eine Polymer-Scaffold-Struktur bildenden Polymerschaums,

6. Trocknung des Steggerüsts an Luft für mehrere Stunden bei Raumtemperatur

7. Wärmebehandlung des Steggerüsts mit Polymer-Scaffold-Struktur bei 50 - 200° C für 0,2 -4 h.

Die innere Polymer-Verstärkungsstruktur respektive das Polymer-Fasergerüst sollte derart ausgebildet werden, dass die Porosität des fertigen Trägers, also inklusive des Polymergerüsts, wenigstens 80 % beträgt.

Denkbar ist es des Weiteren, dass sowohl eine außenseitige Faserstruktur als auch eine innere Faserstruktur gebildet wird, also beide Herstellungstechniken zur Anwendung kommen. Bevorzugt erfolgt zuerst die Herstellung der inneren Faserstruktur und anschließend erst der äußeren.

Gemäß einer besonders zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung kann ein Steggerüst aus Glas verwendet werden, das einen Erdalkalimetalloxidgehalt von maximal 2 Masse% aufweist, wobei vor oder nach Erzeugen der polymeren Verstärkungsstruktur das Steggerüst zur zumindest oberflächlichen Reduzierung der Alkalimetalloxide säurebehandelt wird. Es wird also bevorzugt ein Steggerüst, wie in DE 102018 114946 B3 beschrieben, verwendet. Dabei kann das Auslaugen des Glas-Steggerüsts vor der Erzeugung der polymeren Verstärkungsstruktur erfolgen, entweder wenn das Polymer einem Säureangriff zum Auslaugen nicht standhält, oder wenn das Steggerüst trotz Auslaugens noch gut handhabbar ist, um die nachfolgenden Schritte zum Applizieren der Polymer- Verstärkungsstruktur vorzunehmen, also beispielsweise das mechanische Umspinnen oder Ähnliches. Bevorzugt jedoch wird das Auslaugen nach dem Applizieren der Polymer-Verstärkungsstruktur vorgenommen, da insbesondere die bevorzugt verwendeten Polylactide hinreichend säurestabil sind und bei einem der Auslaugung dienenden Säureangriff keinen Schaden nehmen. Da noch nicht ausgelaugt, ist das Steggerüst zum Erzeugen der polymeren Verstärkungsstruktur gut handhabbar, was die Fertigung vereinfacht.

Das Steggerüst, ohne oder mit der Verstärkungsstruktur, wird bevorzugt mit Salzsäure, vorzugsweise einer 0,1 molaren Salzsäure ausgelaugt. Die Temperatur der Salzsäure kann beispielsweise ca. 37° betragen, wobei der Säureangriff, je nach Auslaugungsgrad, sich über mehrere Stunden oder Tage erstrecken kann.

Neben dem polymeren Verstärkungsgerüst spielt natürlich auch das Steggerüst aus Glas eine zentrale Rolle. Dieses kann auf unterschiedliche Weisen hergestellt werden. Denkbar ist es, ein Steggerüst aus miteinander durch Sintern verbundenen Glasfasern zu verwenden, wobei die Fasern entweder einzeln gelegt oder gesponnen werden oder beispielsweise vorgefertigte Fasermatten oder Fasergelege oder Ähnliches verwendet werden, die übereinander gelegt werden. Die einzelnen Fasern werden sodann durch Sintern an den entsprechenden Berührungspunkten miteinander fest verbunden. Es sind beliebige Trägergeometrien denkbar, da die Fasern in entsprechender, geometrisch beliebiger Weise gesponnen oder zugeschnitten und übereinander gelegt werden können.

Alternativ kann auch ein Steggerüst aus einem gesinterten Glaspulver verwendet werden, das beispielsweise zunächst in einer Suspension auf eine Polymerträgerstruktur aufgebracht wird und sodann gesintert wird, wobei sich die Glaspartikel verbinden, während die Trägerstruktur verbrennt, so dass sich auch hierüber eine entsprechenden Steggerüststruktur ausbildet. Die Herstellungsvarianten sind jedoch hierauf nicht beschränkt, auch andere Herstellungsmöglichkeiten sind denkbar.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines bioaktiven Trägers mit einem Steggerüst und einer durch Umspinnung erzeugten äußeren Verstärkungsstruktur vor der Wärmebehandlung,

Fig. 2 eine REM-Aufnahme des Trägers aus Fig. 1 ,

Fig. 3 eine Perspektivansicht eines bioaktiven Trägers einer zweiten

Ausführungsform mit aus einzelnen Glasfasern gebildetem Steggerüst und Verstärkungsstruktur in Form einer Umspinnung,

Fig. 4 eine REM-Aufnahme des Trägers aus Fig. 3,

Fig. 5 eine Perspektivansicht eines bioaktiven Trägers einer dritten

Ausführungsform mit im Inneren des Glasträgers ausgebildeter polymerer Verstärkungsstruktur vor der Wärmebehandlung,

Fig. 6 eine REM-Aufnahme des Trägers aus Fig. 5, Fig. 7 eine REM-Aufnahme des Trägers aus Fig. 5 nach Durchführung der

Wärmebehandlung,

Fig. 8 eine REM-Aufnahme eines aus einzelnen Glasfasern gebildeten Steggerüsts mit darin ausgebildeter polymerer Verstärkungsstruktur nach der Wärmebehandlung,

Fig. 9 ein Kraft-Weg-Diagramm zur Darstellung des Verhaltens unterschiedlicher bioaktiver Träger ohne und mit polymerer Verstärkungsstruktur.

Fig. 10 eine Darstellung eines Trägers ohne polymerer Verstärkungsstruktur nach dem Belastungstest,

Fig. 11 eine Darstellung eines Trägers mit Verstärkungsstruktur in Form einer Umspinnung nach dem Belastungstest,

Fig. 12 eine Darstellung eines Trägers mit innerer polymerer Verstärkungsstruktur nach dem Belastungstest,

Fig. 13 eine Laser-Scanning-Mikroskopaufnahme eines mit porcinen Gelenkchondrozyten besiedelten Trägers mit äußerer Verstärkungsstruktur in Form einer Umspinnung, nach 7 Tagen in Kultur,

Fig. 14 den gleichen Trägers mit porcinen Gelenkchondrozyten nach 28 Tagen in Kultur, Fig. 15 eine Laser-Scanning-Mikroskopaufnahme eines Trägers mit polymerer Verstärkungsstruktur in Form einer Umspinnung und darauf angesiedelten humanen mesenchymalen Stromazellen nach 7 Tagen in Kultur, Fig. 16 den gleichen Träger mit Stromazellen nach 28 Tagen in Kultur,

Fig. 17 ein Träger mit innerer polymerer Verstärkungsstruktur und darauf angesiedelten humanen mesenchymalen Stromazellen nach 7 Tagen in Kultur, und

Fig. 18 den gleichen Träger mit Stromazellen nach 28 Tagen in Kultur. Fig. 1 zeigt einen bioaktiven Träger 1 einer ersten Ausführungsform für die Ansiedlung lebender Zellen. Der Träger besteht aus einem porösen dreidimensionalen Steggerüst 2 aus Glas (siehe hierzu insbesondere Fig. 2), das entsprechend DE 102018 114946 B3 hergestellt wurde. Es handelt sich um ein quasi regelloses Glas-Steggerüst mit einer Porosität > 80 %, wobei die Stege beispielsweise eine Dicke von 30 - 120 pm aufweisen. Die Stege sind, worauf nachfolgend noch eingegangen wird, oberflächlich zur Reduzierung des Alkalimetalloxidgehalts ausgelaugt, wozu eine Behandlung mit Salzsäure erfolgte.

Außenseitig, das Steggerüst 2 umgebend wurde eine Verstärkungsstruktur 3 aus einem synthetischen, im menschlichen oder tierischen Körper zellverträglich auflösbaren Polymer in Form einer Faserstruktur 4 durch Umspinnen aufgebracht, wobei diese Faserstruktur 4 respektive Umspinnung aus einer oder mehreren einzelnen, vollständig um das Steggerüst 2 gewickelten Polymerfasern 5 besteht. Zur Fierstellung dieser Faserstruktur respektive Umspinnung wurde eine Polymer- Lösung mit 10 Masse% des Polymers und 1,4-Dioxan hergestellt. Als Polymer wurde ein Polylactid, konkret Poly(D,L-lactid-co-glycolid) verwendet. Die Polymer- Lösung wurde auf 70° erwärmt. Anschließend wurden aus der Lösung mit einer Spritzenspitze Fasern mit einer Dicke von 5 - 80 pm gezogen und um das Steggerüst 2, also das Bioglas-Scaffold gewickelt. Das Steggerüst 2 wurde allseitig umsponnen, wobei nach wie vor noch ein hinreichend großes offenes Porenvolumen, siehe Fig. 2, verbleibt, um die Ansiedlung von Zellen auch im Inneren zu ermöglichen. Nach dem vollständigen Umspinnen erfolgte eine Trocknung bei Raumtemperatur für ca. 6 Stunden.

Fig. 1 zeigt den Träger 1 nach dem Trocknungsschritt. Die Polymerfasern sind noch etwas dicker, sie weisen noch nicht die endgültige Geometrie auf, die sie erst erhalten, wenn eine nachfolgende Wärmebehandlung durchgeführt wurde.

Diese Wärmebehandlung wurde bei 60° für 30 Minuten durchgeführt. Sie führt zum Austreiben des Dioxans und zur endgültigen Vernetzung der Polymerfaser, was dazu führt, dass diese auch schrumpfen und ihre endgültige Form einnehmen, wie sie in Fig. 2 in der vergrößerten Mikroskopaufnahme gezeigt ist. Ersichtlich erstrecken sich die Polymerfasern 5 in Form von Windungen um das Steggerüst 2, umgreifen dieses also, erniedrigen jedoch das offene Porenvolumen an der Außenseite des Steggerüsts 2 nicht nennenswert. Sie bilden eine Art festen, jedoch elastischen Kokon um das Steggerüst, was den Träger 1 wesentlich stabiler gegen etwaige Scher- oder Druckbelastungen macht.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines bioaktiven Trägers 1 , wobei für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Auch hier kommt ein Steggerüst 2 zum Einsatz, das gemäß DE 102018 114946 B3 hergestellt wurde, das also ebenfalls oberflächlich ausgelaugt wurde. Es besteht jedoch nicht aus einer quasi schwammartigen Struktur, sondern wurde aus einzelnen, regellos angeordneten Glasfasern 6 (vgl. Fig. 6), die zusammengesintert wurden, gebildet. Unabhängig davon ist auch hier eine Verstärkungsstruktur 3 in Form einer Faserstruktur 4 bestehend aus umwickelten Polymerfasern 5 vorgesehen, die wiederum außenseitig um das Steggerüst 2 gesponnen sind.

Während Fig. 3 den Träger 1 nach dem Umspinnen und dem Trocknen zeigt, zeigt die vergrößerte Mikroskopaufnahme gemäß Fig. 4 den Träger 1 ausschnittsweise nach der Wärmebehandlung, die ebenfalls bei 60° für 30 Minuten erfolgte. Ersichtlich ergibt sich auch hier ein stabiles äußeres Fasergerüst, das das Glas- Steggerüst 2 außenseitig umgibt und versteift.

Die verwendete Polymerlösung war die gleiche wie zum Ausführungsbeispiel gemäß der Figuren 1 und 2 beschrieben.

Die Figuren 5 - 7 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines bioaktiven Trägers 1, bei dem die Verstärkungsstruktur als im Inneren des dreidimensionalen Steggerüsts 2 ausgebildete Polymerfaserstruktur oder als Polymergerüst ausgeführt ist. Auch dieser Träger 1 weist ein gläsernes Steggerüst 2 auf, das ein einteiliges dreidimensionales Steggerüst ist und wiederum gemäß DE 102018 114946 B3 hergestellt wurde.

Auch hier wird eine Polymerlösung hergestellt, die im gezeigten Beispiel 5 Masse% Polymer (Poly(D,L-lactid-co-glycolid) in einer Wasser/1 ,4-Dioxan- Mischung mit einem Verhältnis von 13 : 87 enthält. Die Lösung wird bei ca. 50 - 60° mit einer Spritze tropfenweise auf das Steggerüst 2, also das Bioglas-Scaffold gegeben, so dass die Lösungstropfen einsinken. Sobald das Steggerüst 2 mit der Polymerlösung getränkt ist, wird das getränkte Steggerüst 2 auf ein saugfähiges Papier gelegt, wodurch die Polymerlösung von der Gerüstoberfläche und zum Teil aus dem benachbarten Inneren entfernt wird. Dies dient dazu, eine etwaige Hautbildung im Bereich der Oberfläche, die zu einem zumindest teilweisen Porenverschluss an der Außenseite führen kann, zu vermeiden.

Anschließend wird das getränkte Steggerüst schnell in ein auf 50° C temperiertes Wasserbad gegeben, das auf einer temperierten Heizplatte steht. Nach ca. 40 Sekunden wird das Steggerüst entnommen und auf ein saugfähiges Papier gegeben, um dort vorzutrocknen, wonach die finale Trocknung bei Raumtemperatur erfolgt.

Durch das Einbringen des getränkten Steggerüsts in das Wasserbad kommt es zu einem Unterschreiten der Löslichkeitsgrenze, was zu einem Ausfällen des Polymers in schaumartiger Konsistenz oder Form führt. Fig. 5 zeigt eine Aufnahme des Trägers nach dem Trocknen, in der die polymere Verstärkungsstruktur 3 in Form des noch nicht vollständig vernetzten Fasergerüsts sichtbar ist. Es ergeben sich noch relativ große Zonen mit schaumartiger Polymergerüststruktur, wie sie auch in der REM-Aufnahme in Fig. 6 gezeigt sind. Fig. 6 zeigt auch, dass sich diese Verstärkungsstruktur respektive Polymerschaumstruktur im Bereich der Oberfläche wie auch im Inneren ausbildet. Nach der Trocknung erfolgt eine Wärmebehandlung, indem das getrocknete Steggerüst 2 auf 95° C erwärmt und für ca. 30 Minuten gehalten wird, wonach es abkühlt. Fig. 7 zeigt eine vergrößerte REM-Aufnahme des Trägers 1 mit der nun fertig ausgebildeten polymeren Verstärkungsstruktur 3, die eine Faserstruktur 4 ausbildet, deren Fasern 5 sich von Steg zu Steg erstrecken und diese quasi verbinden. Gleichwohl ist die Offenporigkeit sichergestellt, wie Fig. 7 zeigt. Die Fasern 5 haben, ähnlich wie bei der Ausgestaltung gemäß der Figuren 1 - 4, einen Durchmesser oder eine Dicke von ca. 2 - 100 pm.

Fig. 8 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel eines Trägers 1 in Form einer REM-Aufnahme, wiederum umfassend ein Steggerüst 2, das hier aus einer Vielzahl einzelner Glasfasern 6 gebildet ist, die durch Sintern miteinander verbunden sind. Auch dieses Steggerüst 2 ist zur Reduzierung des Alkalimetalloxidgehalts oberflächlich ausgelaugt.

Auch hier ist eine Verstärkungsstruktur 3 in Form einer inneren Polymer- Gerüststruktur ausgebildet, die unter Verwendung der gleichen Polymerlösung und des gleichen Vorgehens wie zum Ausführungsbeispiel gemäß der Figuren 5 - 7 hergestellt wurde. Fig. 8 zeigt den Träger 1 nach der Wärmebehandlung, im Rahmen welcher sich die vormals schaumartige Polymer-Scaffold-Struktur zu der fertigen Faserstruktur 4 mit den einzelnen, die über die Fasern 6 gebildeten Stege verbindenden Polymerfasern 5 gewandelt hat.

Wie bereits einleitend beschrieben, ist das Steggerüst über einen Säureangriff ausgelaugt, um die Alkalimetalloxidkonzentration zumindest oberflächlich zu reduzieren. Diese Säurebehandlung kann entweder vor dem Applizieren der Verstärkungsstruktur 3, also vor dem Umspinnen oder vor dem Ausbilden der inneren Polymer-Gerüststruktur erfolgen, wenn das Steggerüst nach dieser Säurebehandlung noch hinreichend stabil und damit handhabbar ist und das Applizieren der Verstärkungsstruktur 3 problemlos möglich ist. Sollte aufgrund der Filigranheit der Stegstruktur 2 der Säureangriff zu einem instabilen Steggerüst führen, so kann dieses Auslaugen auch nach dem Applizieren der polymeren Verstärkungsstruktur 3 erfolgen, also nach Beendigung der letzten Wärmebehandlung. Denn die bevorzugt verwendeten Polylactide, die zur Bildung der polymeren Verstärkungsstruktur eingesetzt werden, sind gegen einen solchen Säureangriff, bei dem beispielsweise 0,1 molare Salzsäure verwendet wird, stabil. Sie nehmen also bei dem Säureangriff keinen Schaden und besitzen nach wie vor ihre mechanischen Eigenschaften.

Wie beschrieben dient die Erzeugung der polymeren Verstärkungsstruktur 3 dazu, den Träger 1 als solchen stabiler zu machen, so dass er etwaigen mechanischen Belastungen besser standhält als ein reiner, keine polymere Verstärkungsstruktur aufweisender Träger, der also nur aus dem gläsernen Steggerüst besteht. Denn Ziel der Polymerverstärkung ist es, dass beim Einsatz eines Implantats im menschlichen Körper das Implantat unter Belastung grundsätzlich in seiner Form erhalten bleibt und der Belastung einen Widerstand entgegensetzt.

Um dies zu demonstrieren, wurden drei verschiedene Träger hergestellt. Alle drei untersuchten Träger weisen das gleiche Bioglas-Steggerüst auf. Hierzu wurde ein Bioglas wie in DE 102018 114946 B3 beschrieben verwendet und entsprechend verarbeitet, um hieraus ein ausgelaugtes Bioglas-Steggerüst, wie in dieser Druckschrift beschrieben, herzustellen.

Ausführunqsbeispiel I:

Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde das reine Glas-Steggerüst als Träger verwendet. Das gemäß DE 102018 114946 B3 hergestellte Steggerüst wurde ohne Applizieren einer polymeren Verstärkungsstruktur mit einer 0,1 molaren Salzsäure bei 37° C für 5 Tage bei einem konstanten pH-Wert von 1 behandelt.

Ausführunqsbeispiel II:

Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde das Glas-Steggerüst gemäß DE 102018 114946 B3 vor der Auslaugung m it einer Verstärkungsstruktur in Form einer außen durch Umspinnung erzeugten Faserstruktur versehen. Hierzu wurde eine Polymerlösung mit 10 Masse% Polymer (Poly(D,L-lactid-co- glycolid), bidestilliertem Wasser und 1,4-Dioxan (Verhältnis 13 : 87) hergestellt, die auf 70° erwärmt wurde. Aus der Lösung wurden mit einer Spritzenspitze Fasern mit einem Durchmesser von 5 - 80 pm gezogen und um das Bioglas-Steggerüst gewickelt.

Nach dem vollständigen Umspinnen erfolgte eine Trocknung bei Raumtemperatur für 6 Stunden und eine anschließende Temperaturbehandlung bei 60° für 30 Minuten. Nach dieser Temperaturbehandlung wurde das Steggerüst samt Polymerverstärkung mit 0,1 molarer Salzsäure bei 37° C für 5 Tage bei einem konstanten pH-Wert von 1 behandelt.

Ausführunqsbeispiel III: Auch hier wurde ein Bioglas-Steggerüst gemäß DE 102018 114946 B3 verwendet, das vor der Auslaugung mit einer im Inneren ausgebildeten Polymer- Verstärkungsstruktur versehen wurde. Hierzu wurde eine Polymerlösung mit 5 Masse% Poly(D,L-lactid-co-glycolid) und einem Gemisch aus bidestilliertem Wasser und 1,4-Dioxan im Verhältnis 13 : 87 hergestellt.

Die Lösung wurde anschließend bei ca. 60° mit einer Spritze tropfenweise auf das Bioglas-Steggerüst gegeben, so dass die Lösungstropfen einsinken. Nach vollständigem Tränken des Steggerüsts wurde das Steggerüst auf ein saugfähiges Papier gegeben, so dass die Polymerlösung von der Gerüstoberfläche und angrenzenden Volumenbereichen entfernt wurde, um eine Hautbildung zu vermeiden. Das getränkte Steggerüst wurde anschließend in ein auf ca. 50° temperiertes Wasserbad gegeben, das auf einer temperierten Heizplatte stand. Nach ca. 40 Sekunden wurde das Steggerüst entnommen und auf ein saugfähiges Papier zum Vortrocknen gegeben, wonach es bei Raumtemperatur final getrocknet wurde. Hieran schloss sich eine Temperaturbehandlung bei 60° C für 30 Minuten an, um das finale, im Inneren des Glas-Steggerüsts integrierte Polymer-Steggerüst auszubilden. Nach dieser Behandlung wurde der Träger samt Polymer-Gerüstverstärkung mit einer 0,1 molaren Salzsäure bei 37° C für 5 Tage bei einem konstanten pH-Wert von 1 behandelt.

Diese drei unterschiedlichen Träger wurden sodann einem Belastungstest unterzogen, bei dem mit einem Stempel mit einer definierten Kraft auf den jeweiligen Träger gedrückt wurde. Das Ergebnis ist in Fig. 9 dargestellt, wobei in Fig. 9 längs der Abszisse die Verdichtung in pm, also der Weg des Druckstempels, mit dem auf den Träger gedrückt wird, aufgetragen ist, während längs der Ordinate die Kraft in mN aufgetragen ist.

Gezeigt sind drei Kurven I, II, III entsprechend den Ausführungsbeispielen I, II, III.

Die Kurve I zeigt den Kraft-Weg-Verlauf für das Ausführungsbeispiel I, also für den unverstärkten, ausgelaugten Träger bestehend nur aus dem Glas-Steggerüst. Es ist zu erkennen, dass eine Druckbelastung des ausgelaugten Steggerüsts dazu führt, dass die Stege kontinuierlich brechen, wie der zackige Verlauf der Kurve I über den Verdichtungsweg anschaulich zeigt. Die Stege brechen bereits bei relativ niedriger Belastung, ein elastisches Verhalten ist nicht zu erkennen. Das Steggerüst bricht auseinander und wird auseinandergedrückt, so dass am Ende des Versuchs viele Einzelteile übrigblieben.

Fig. 10 zeigt eine Aufnahme des Trägers 1 gemäß Ausführungsbeispiel I nach Durchführung des Versuchs. Ersichtlich ist der gläserne Träger 1 in eine Vielzahl kleiner Einzelteile zerbrochen.

Die Kurve II zeigt den Kraft-Weg-Verlauf eines ausgelaugten Steggerüsts mit einer durch Umspinnung erhaltenen polymeren Verstärkungsstruktur. Der Kurvenverlauf zeigt, dass das Steggerüst sich am Anfang der Verdichtung leicht zusammendrücken lässt, dann aber die Wirkung der Umspinnung als Gerüststabilisierung zum Tragen kommt. Ein Auseinandertreiben respektive Auseinanderdrücken des Steggerüsts wird vermieden, ein erhöhter Widerstand gegenüber der Verdichtung wird erreicht. Der fehlende Zackenverlauf im Vergleich zur Kurve I zeigt, dass eine Frakturierung des Steggerüsts nicht erfolgt. Dies zeigt sich auch in der Fig. 11 , die den Träger 1 gemäß Ausführungsbeispiel II nach Durchführung des Versuchs zeigt. Der Träger 1 zeigt keinerlei Beeinträchtigung respektive Beschädigung, das gläserne Steggerüst 2 ist intakt, der Träger 1 behält demzufolge seine Form. Eine Frakturierung wird vermieden, die Formstabilität ist durch das elastische Verhalten und die Aussteifung durch die polymere Verstärkungsstruktur 3 sichergestellt.

Ein ähnliches, sogar noch etwas besseres Ergebnis zeigt die Kurve III für das Ausführungsbeispiel III. Dieser Träger weist eine in der gläsernen Stegstruktur integrierte polymere Verstärkungsstruktur auf, das heißt, dass im gläsernen Steggerüst ein polymeres verstärkendes Steggerüst integriert ist. Der Verlauf der Kurve III zeigt, dass das Steggerüst nach Beginn der Belastung ein vergleichsweise elastisches Verhalten zeigt, folglich eine Gerüststabilisierung gegeben ist und, wie der steile Kurvenverlauf zum Ende hin zeigt, ein erhöhter Widerstand gegenüber einer weiteren Verdichtung erreicht wird. Auch hier zeigt der fehlende Zackenverlauf im Vergleich zur Kurve I, dass eine Frakturierung des gläsernen Steggerüsts nicht erfolgt. Dies zeigt auch hier Fig. 12, die den Träger 1 mit seinem Steggerüst 2 und dem integrierten Polymergerüst 3 nach Durchführung des Versuchs in unbeschädigter Form zeigt.

Damit wird auch hier durch die Integration der polymeren gerüstartigen Verstärkungsstruktur 3 eine deutliche Aussteifung und damit Stabilisierung des ausgelaugten gläsernen Steggerüsts 2 erreicht und dem Träger 1 ein elastisches, die Formstabilität erwirkendes Verhalten verliehen.

Wie beschrieben, dient ein erfindungsgemäßer bioaktiver Träger mit Polymerverstärkung dazu, auf ihm lebende Zellen anzusiedeln und zu vermehren. Zur Darstellung, dass die gelingt, wurden Besiedlungsversuche an verschiedenen Trägern 1 , die gemäß der Ausführungsbeispiele II und III entweder mit Faserumspinnung oder mit integrierter Polymerfaser-Gerüststruktur hergestellt wurden, unter Verwendung verschiedener Zellen durchgeführt.

Es wurden als Zelltypen entweder porcine Gelenkchondrozyten (pGC) oder mesenchymale Stromazellen aus dem Knochenmark des Menschen (hMSC) verwendet.

Zur Durchführung der Versuche wurden entsprechend präparierte Zellsuspensionen auf entsprechend präparierte, erfindungsgemäße bioaktive Träger aufpipettiert und anschließend in einem Inkubator inkubiert.

Die Durchführung gestaltete sich wie folgt:

Einlegen der bioaktiven Träger unter der Sterilbank in ein steriles 50 ml Bioreaktorröhrchen mit Filtercap - Behandlung der für die Scaffoldbesiedlung vorgesehenen Zellen (pGC und hMSC) nach einem Spülschritt mit PBS für 5 min in einem Inkubator mit Trypsin/EDTA-Lösung (0,05/0,02 %) zum Ablösen der Zellen vom Kulturboden der für die Zellvermehrung verwendeten Zellkulturflaschen pGC: Zugabe von 5 ml 10 % fetales Kälberserum (fetal calf serum: FCS) enthaltendes Kulturmedium (Flam's F-12/Dulbecco's Modified Eagle's)

[DMEM] Medium 1: 1), 10.000 lll/mL Penicillin/10.000 pg/mL Streptomycin, 2,5 pg/ml Amphotericin B, nicht essentielle Aminosäuren und 25 pg/ml Ascorbinsäure hMSC: Zugabe von 5 ml Stammzell-spezifischem Expansionmedium (FG0445/Dulbecco's Modified Eagle's [DMEM]/HG) mit 5 % Plättchenlysat

(PL), 50 IU/ml Streptomycin, 50 IU/ml Penicillin,

- 2,5 pg/ml Amphotericin B, 100 mM Natrium pyruvat und 5000 U/ml Heparin Stoppen des Ablösevorgangs durch die Zugabe von 5 ml 10 % FCS- haltigem Medium, wobei das FCS bzw. das PL die enzymatische Aktivität des Trypsins beendet

- Zentrifugation der Zellsuspension bei 300 U/min oder 484 g für 5 min Resuspension des sich aus der Zentrifugation ergebenden Zellpellets in 1 ml Kulturmedium

Mischen von 10 pl Trypanblau-Lösung (1 %) mit 10 pl Zellsuspension, so dass sich tote Zellen anfärben

Pipettieren von 10 pl aus dieser Mischung in eine Neubauer-Zählkammer und Zählen der lebenden Zellen

Pipettieren der Zellen in einer Konzentration von 500.000 bis 1.000.000 Zellen pro Scaffold in einem Volumen von 1 ml_ pro Scaffold - Nach 20 min Auffüllen des Kulturmediums auf 10 ml Volumen zur

Sicherstellung einer Versorgung in der nachfolgenden dynamischen Kultur Kultivierung der besiedelten bioaktiven Träger im Inkubator bei 37 °C und 5 % CO2 auf einem Orbitalschüttler (dynamisch) bei längerer Inkubationsdauer Wechsel des Kulturmediums alle zwei Tage.

Zur Überprüfung, dass die Polymerverstärkung keine negative Auswirkung zeigt, wurden Aufnahmen mittels Laser-Scanning-Mikroskop von der In-Vitro-Kultur nach verschiedenen Zeiten / Tagen gemacht, wofür eine Vitalitäts-Färbung notwendig war. Diese erfolgte wie folgt:

Herstellung einer Vitalitätsfärbe-Lösung aus 15 pg/ml Fluoreszeindiazetat (FDA) und 10 pg/ml Propidiumiodid (PI) gelöst in PBS Entnahme des jeweiligen bioaktiven Trägers aus der dynamischen Kultivierung im Inkubator

Pipettieren von 50 pl Vitalitäts-Lösung auf den besiedelten bioaktiven Träger Begutachtung der Zellen: auf dem bioaktiven Träger sind lebende Zellen aufgrund der Einfärbung mit der Vitalitäts-Lösung grün und tote Zellen rot mit Hilfe eines konfokalen Laser-Scanning-Mikroskops differenzierbar.

Das PBS dient als Puffer, als Farbstoff wird FDA verwendet. Dieser Farbstoff dringt in die lebenden Zellen ein und wird enzymatisch in eine fluoreszierende Verbindung umgesetzt, die mit einer Wellenlänge von 525 nm angeregt wird. PI interkaliert in die DNA von toten Zellen, da deren Zell- und Kernmembran dafür permeabel wird. PI wird mit einer Wellenlänge von 600 nm angeregt.

Die entsprechenden Ergebnisse sind in den Figuren 13 - 18 dargestellt.

Grundsätzlich zeigen in den Fig. 13-18 die hellen Bereiche die Areale im oder am Träger 1, die mit lebenden, sich vermehrenden Zellen 8 besiedelt sind. Die dunklen Bereiche sind primär nicht besiedelte Anteile des Trägers 1. Fig. 13 zeigt eine repräsentative Vitalitätsaufnahme für porcine Gelenkchondrozyten nach 7 Tagen in Kultur, die auf einem Bioglas-Steggerüst mit einer durch Umspinnung ausgebildeten Polymerverstärkung angesiedelt sind. Zu erkennen ist beispielsweise ein Steg 7 des Steggerüsts 2, auf dem sich Zellen 8 angesiedelt haben. Zu erkennen ist des Weiteren eine Pore 9 innerhalb des Steggerüsts 2, wie auch ein Abdruck einer Polymerfaser 5 in der Zellschicht. Zu erkennen ist weiterhin eine mit Zellen 8 besiedelte Polymerfaser 5. Fig. 14 zeigt den Träger aus Fig.13 mit den darauf siedelnden porcinen Gelenkchondrozyten nach 28 Tagen in Kultur. Das Zellwachstum hat sich kontinuierlich fortgesetzt, der bioaktive Träger ist dichter besiedelt.

Fig. 15 zeigt eine repräsentative Vitalitätsaufnahme für humane mesenchymale Stromazellen nach 7 Tagen in Kultur, die ebenfalls auf einem Bioglas-Steggerüst mit durch Umspinnung ausgebildeter Polymerverstärkung gewachsen sind, also auf dem gleichen Träger wie in den Figuren 13 und 14.

Fig. 15 zeigt, dass dieser andere Zelltyp nach gleicher Kulturzeit (7 Tage) sich deutlich großflächiger ausgebreitet hat als die Gelenkchondrozyten gemäß der Fig. 13. Es ist eine fast vollständige Schließung der Poren des Steggerüsts, das als solches nicht mehr exakt ausgemacht werden kann, bereits nach 7 Tagen zu erkennen. Erkennbar ist auch hier eine größere Pore 9 sowie mehrere kleinere Poren 9 des Steggerüsts, wie auch Abdrücke der Polymerfasern 5 innerhalb der Zellschicht.

Fig. 16 zeigt den Träger aus Fig. 15 mit mesenchymalen Stromazellen nach 28 Tagen in Kultur. Ersichtlich kann man hier kaum mehr einzelne Zellen erkennen. Der gesamte Träger 1 ist mit aufgewachsenen Zellen so gut wie ausgefüllt, der Zellrasen bedeckt nun die Oberfläche des Trägers 1.

Beide Versuche zeigen, dass ein durch Umspinnung verstärkter Träger hervorragend für die Besiedlung mit Zellen und deren Vermehrung geeignet ist, wobei unterschiedliche Zelltypen unterschiedlich schnell wachsen.

Fig. 17 zeigt eine repräsentative Vitalitätsaufnahme für humane mesenchymale Stromazellen nach 7 Tagen in Kultur auf einem Bioglas-Steggerüst mit integrierter, aus einer Schaumausfällung erzeugter Polymerverstärkung.

Fig. 18 zeigt den Träger aus Fig. 17 nach 28 Tagen in Kultur. Ersichtlich zeigt ein Vergleich von Fig. 17 und Fig. 18 deutlich die Zunahme der Zellfläche über die Zeit. Bereits nach 7 Tagen bilden sich größere Zellcluster sowohl auf den Glasstegen als auch den Polymerfasern, wie die hellen Flecken in Fig. 17 zeigen. Diese Zellcluster vergrößern sich deutlich nach 14 Tagen in Kultur, das heißt, dass auch ein Träger mit integrierter Polymerverstärkung sehr gut für die Ansiedlung und Vermehrung von Zellen geeignet ist. Nachfolgend wird eine Aufstellung der im Rahmen der durchgeführten

Besiedlungsversuche sowie der Vitalitätsaufnahmen verwendeten Materialien und Gerätschaften gegeben: