Bioresorbierbare Atemwegsstents aus dem 3D-Drucker

Im Rahmen einer Zusammenarbeit der ETH Zürich, der Universität Zürich sowie der Universitätsklinik Zürich, konnte ein neues Harz für die Nutzung im DLP-Druck-Verfahren entwickelt werden. Dieses soll zukünftig den Einsatz maßgeschneiderter, bioresorbierbarer Atemwegsstents ermöglichen. Laut Angaben der ETH Zürich, handelt es sich beim verwendeten Material um Doppelpolymer-Photoink, welches im Vergleich zu anderen DLP-Harzen über eine höhere Materialflexibilität verfügen soll. Diese Flexibilität ist ausschlaggebend für einen guten Halt der Stents im menschlichen Körper. 

Der Stent darf nicht verrutschen

Stents finden vorwiegend zur Behandlung von Durchblutungsstörungen der Herzgefäße Anwendung, werden aber zunehmend auch zur Stabilisierung anderer Blutgefäße genutzt. Ein Stent stellt sicher, dass sich Gefäße, beispielsweise nach einem Herzinfarkt oder Schlaganfall, nicht erneut verschließen können. Bis heute verwenden ChirurgInnen überwiegend Metall- oder Silikon-Stents, welche jedoch nicht spezifisch an die Gefäß Eigenschaften des Patienten angepasst werden. Dies führt dazu, dass Metall Stents wegen der Materialbeschaffenheit nach einiger Zeit operativ entfernt werden müssen und birgt bei den Silikon Stents den Nachteil eines möglichen Verrutschen.

Beispiel eines herkömmlichen Stents im Blutgefäß. (© iStockphoto)

Für Patienten, welche verletzungsbedingt oder auf Grund einer Krankheit mit einer Verengung der Luftröhre zu kämpfen haben, kann ein Stent lebensrettend sein. Dem ist sich auch das Forschungsteam der ETH Zürich bewusst und will dort ansetzen, wo herkömmliche Stents in der Vergangenheit für Probleme gesorgt haben. Der von dem Forschungsteam entwickelte Atemwegsstent, sorgt dank 3D-Druck für eine maßgeschneiderte Replikation der Gewebeeigenschaften. Das Team setzt dabei auf das DLP-Verfahren, welches im Prinzip der Stereolithografie (SLA) gleicht. In beiden 3D-Verfahren wird das Objekt auf Grundlage der sogenannten Photopolymerisation durch die Bestrahlung von Harz mit UV-Licht, Schicht für Schicht gefertigt. Der wesentliche Unterschied liegt in der Lichtquelle. Im DLP-Verfahren kommt nämlich anstelle eines Lasers, ein Projektor zum Einsatz, welcher ein digitales Bild auf die Flüssigkeit wirft und im Gegensatz zum SLA-Verfahren nicht Punkt für Punkt arbeitet, sondern eine gesamte einzelne Schicht, in einem Zug erstellt. 

Neu entwickeltes Harz sorgt für mehr Elastizität

Die Besonderheit liegt im Fall des Stents jedoch nicht in der 3D-Druckmethode selbst, sondern im verwendeten Harz. Herkömmliche Harze, welche sowohl im DLP- als auch im SLA-Verfahren, verwendet werden, erstarren nach der Belichtung im Druckprozess und sind deshalb für den Einsatz im menschlichen Körper zu steif. Da der Stent für die Implantation in die Luftröhre gefaltet werden muss, soll das Harz auch nach der Fertigstellung relativ flexibel bleiben. Das Team hat daher mit einem Harz experimentiert, welches auf zwei verschiedenen Makro-​Monomeren basiert. Dadurch sollen die Materialeigenschaften des Endproduktes über die Länge der eingesetzten Monomere sowie über deren Mischverhältnis gezielt adjustiert werden können. Dieser Vorteil wurde für die Erstellung unterschiedlicher Prototypen genutzt, welche bei 70 bis 90 Grad gefertigt und anschließend auf deren Verträglichkeit und biologischer Abbaubarkeit geprüft wurden. Die entwickelten Stents konnten bereits in Kooperation mit Veterinärmedizinern an Kaninchen getestet werden und sind vielversprechend. Bereits nach sechs bis sieben Wochen wird der Stent vom Körper resorbiert und löst sich nach etwa zehn Wochen vollständig auf. Auch wenn die ersten Modelle des Stents vielversprechend sind, bedarf es noch einiger Forschungs- und Entwicklungsarbeit hinsichtlich der Umsetzung einer Massenproduktion im Labormaßstab. Dennoch zeigen sich die Forscher zuversichtlich und sehen großes Potenzial für den Einsatz der Technik in weiteren Bereichen der Medizin. 

(© Hebei University)

Die Einsatzbereiche von 3D-Druck in der Medizin sind vielfältig

Im Vergleich zu traditionellen Fertigungsprozessen, bietet der 3D-Druck den großen Vorteil, medizinische Anwendungen individuell auf die Bedürfnisse und Eigenschaften des Patienten anpassen zu können. Dies steigert die Qualität vieler Behandlungsmethoden erheblich und zeigt wie unter Einsatz neuer Technologien unser Wohlbefinden verbessert werden kann. So können heutzutage mittels 3D-Druck nicht nur Zahnprothesen individuell angefertigt, sondern bereits biologisches Gewebe zu Therapiezwecken nachgeahmt werden. Auch in der Rehabilitation für Schlaganfall Patienten, kommen 3D gefertigte Skelettteile zum Einsatz, wie beispielsweise im Exoskelett, welches ebenfalls von der ETH Zürich entwickelt wurde.  

*Bildrechte Titelbild: Paunovic N, et al. ScieAdv, 2020 

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