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Eine Technologie zum 3D-Druck von verhärteten Blutgefäßen als Lösung für Herzkrankheiten

Am 8. November 2018 von Jacqueline O. veröffentlicht
3D-Druck von verhärteten Blutgefäßen

Insgesamt sind laut der Deutschen Gesellschaft für Kardiologie Herz-Kreislauf-Erkrankungen für zwei Drittel aller Todesfälle in Deutschland verantwortlich. Hauptursache für tödliche Herzerkrankungen ist die Verhärtung der Blutgefäße, ein Problem, welches nicht leicht zu lösen ist. Forscher der CU Boulder arbeiten an einer Biodruck-Technik, welche den Austausch dieser Gefäße erleichtern könnte.

Die räumliche Kontrolle über 3D-gedruckte Biomaterialien ist für Ingenieure noch immer eine Herausforderung, da die Geometrie und die Steifigkeit in der Fertigung eng miteinander verbunden sind. Die Studie „Orthogonal programming of heterogeneous micro-mechano-environments and geometries in three-dimensional bio-stereolithography“, veröffentlicht in der Zeitschrift Nature Communications befasst sich mit diesem Problem, deren Lösung in Zukunft den 3D-Druck von künstlichen und implantierbaren Arterien und Organgewebe ermöglichen könnte.

3D-Druck von verhärteten Blutgefäßen

Die Ergebnisse könnten eines Tages zu einer besseren, individuelleren Behandlung von Menschen mit Bluthochdruck und anderen Gefäßerkrankungen führen.

Die neue, sauerstoffunterstützte 3D-Drucktechnik soll eine lokalisierte Kontrolle der Festigkeit eines Objektes ermöglichen und so neue biomedizinische Wege aufzeigen. Die Rolle des Sauerstoffs bei der Festlegung der endgültigen 3D-Struktur soll möglichst gut genutzt werden.

Sauerstoff ist in der Regel insofern eine schlechte Sache, da er zu einer unvollständigen Aushärtung führt“, sagt Yonghui Ding, Postdoc im Bereich Maschinenbau und Hauptautor der Studie. „Hier verwenden wir eine Schicht, die eine festgelegte Sauerstoffdurchlässigkeit ermöglicht.“ Durch eine strenge Kontrolle über die Sauerstoffmigration und die anschließende Lichteinwirkung haben die Forscher die Möglichkeit, die verfestigten Bereiche eines Objektes vor zu programmieren, um gewisse Bereiche härter oder weicher zu drucken.

Test der sauerstoffunterstützten 3D-Drucktechnik

Die Forscher nutzten einen tischgroßen 3D-Drucker und druckten mithilfe der Stereolithografie das Biomaterial. Der Druck sollte mithilfe der Kontrolle von Sauerstoff und Licht eine unterschiedliche Festigkeit des Objektes erreichen. Diese lokalisierte Kontrolle der Festigkeit ist gerade für die Erstellung von Blutgefäßen und Gewebe ein großer Fortschritt. „Diese Technologie ermöglicht es uns, Mikrostrukturen zu erstellen, die an Krankheitsmodelle angepasst werden können“, so Xiaobo Yin, Professor an der Fakultät für Maschinenbau der CU Boulder und Senior-Autor der Studie

Zur Demonstration druckten die Forscher drei verschiedene Versionen einer recht simplen Struktur: einen oberen Balken der von zwei seitlichen Stäben getragen wird. Form, Größe und Material der Teile sind identisch, jedoch wurden sie mit drei Variationen der Standfestigkeit gedruckt: hart/hart, weich/hart, weich/weich. Beim nächsten Test wurde eine kleine chinesische Kriegsfigur gedruckt, deren äußere Schicht hart ist und sie sozusagen ein weiches Herz besitzt.

3D-Druck von verhärteten Blutgefäßen

Derzeit sind die Forscher in der Lage, Biomaterial bis zu einer Größe von 10 Mirkon zu verarbeiten. Dies entspricht etwa einem Zehntel der Breite des menschlichen Haares. Die Forscher sind jedoch optimistisch, dass zukünftige Studien zu einer deutlichen Verbesserung beitragen werden. „Die Herausforderung besteht darin, einen noch feineren Maßstab für die chemischen Reaktionen zu schaffen“, so Yin. „Aber wir sehen enorme Chancen für diese Technologie und das Potenzial für die künstliche Gewebeherstellung.

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