Anwendungen des 3D-Drucks zur Behandlung von Brustkrebs

Eine Frau zu sein ist der größte Risikofaktor, um an Brustkrebs zu erkranken. Auch wenn Männer nicht vor dieser Krebsart gefeit sind und jährlich etwa 1% daran erkranken, war Brustkrebs im Jahr 2022 die häufiste Krebserkrankung bei Frauen. Im Laufe ihres Lebens erkrankt laut WHO im Schnitt jede zwölfte Frau an Brustkrebs. Und das rund um den Globus verteilt, auch wenn die Sterberate in Entwicklungsländern höher ist als in hochentwickelten Gegenden. 2022 waren es 2,3 Millionen Frauen weltweit, bei denen ein Mammokarzinom festgestellt wurde und 670.000 Frauen starben daran. Bei Brustkrebs wachsen abnormale Brustzellen unkontrolliert und greifen unbehandelt auf den ganzen Körper über. Die Früherkennung und Aufklärung über Behandlungsmöglichkeiten, sind entscheidend dafür, diese erschreckenden Zahlen zu mindern. Aus diesem Grund wurde der Oktober zum Breast Cancer Awareness Monat erklärt und der 19. Oktober zum Weltbrustkrebstag. Im Oktober finden wir daher in allen Ecken der Welt Initiativen zur Aufklärung, Behandlung und Bewältigung. Außerdem nehmen sich immer mehr Unternehmen und Forschungseinrichtungen diesem wichtigen Thema an und entwickeln innovative Möglichkeiten und Technologien, die erkrankten Frauen zu unterstützen. So finden wir auch zahlreiche Projekte und Forschungsansätze, wo 3D-Druck für Brustkrebs eingesetzt wird. Im Folgenden finden Sie einige aktuelle Ansätze, bei denen 3D-Druck zur Bewältigung von Brustkrebs angewendet wurde.

Regenerative Implantate von CollPlant und Stratasys

Viele herkömmliche Brustrekonstruktionsverfahren sind auf ein begrenztes Angebot an menschlichem Gewebe oder tierischem Gewebe angewiesen. CollPlants innovativer 3D-Bioprinting-Ansatz beseitigt diese Versorgungsbarriere und ermöglicht mehr Patientinnen einen breiteren Zugang zur Rekonstruktion. In diesem Jahr haben sich CollPlant und Stratasys für eine neue präklinische Studie zur Herstellung regenerativer Brustimplantate zusammengetan. Durch die Kombination des Origin-Systems von Stratasys und des Rhcollagen-Biotins von CollPlant werden die Implantate getestet, um natürliches Brustgewebe zu regenerieren, ohne eine Immunreaktion auszulösen. CollPlant hat bereits Beweise für gut entwickeltes Bindegewebe und Blutgefäße in dem 3D-Implantat sowie für Gewebewachstum in dem Implantat vorgelegt. Die Ergebnisse dieser Zusammenarbeit werden jedoch nicht vor dem zweiten Quartal 2025 bekannt sein.

Obwohl der Stratasys Origin kein Bioprinter ist, wurde die Maschine so angepasst, dass sie die Verarbeitung von Rhcollagen-Biotinte ermöglicht (Bild: Stratasys).

Die Prothese MATTISSE von Lattice Medical

Das in Lille ansässige Unternehmen Lattice Medical hat nach sechs Jahren Forschung und der Anmeldung von zwölf Patenten seine Position als Innovationsführer gefestigt. Das französische Unternehmen hat MATTISSE entwickelt, eine Brustbioprothese, die 3D-Druck, fortschrittliche Biomaterialien und Techniken des Tissue Engineering kombiniert. Dieses innovative Gerät sorgt nicht nur für das gewünschte Volumen und die gewünschte Form, sondern erleichtert auch die Regeneration des Brustgewebes. MATTISSE wird durch additive Fertigung von resorbierbaren Biomaterialien hergestellt, die die Regeneration von körpereigenem Fettgewebe ermöglichen. Nach der Implantation integriert sich die Prothese auf natürliche Weise in den Körper, so dass sich das Gewebe über einen Zeitraum von sechs Monaten regenerieren kann, wonach sich die Bioprothese rückstandslos auflöst. Wenn Sie mehr über die Tätigkeit von Lattice Medical und den Einsatz des 3D-Drucks im Kampf gegen Brustkrebs erfahren möchten, sollten Sie dieses exklusive Interview nicht verpassen:

BellaSeno geht mit resorbierbaren 3D-Implantaten für die Brustrekonstruktion neue Wege

BellaSeno, ein deutscher Pionier auf dem Gebiet des 3D-Drucks von medizinischen Implantaten, entwickelt resorbierbare Implantate für die Rekonstruktion von Knochen und Weichgewebe, die im 3D-Druckverfahren hergestellt werden. Auf der diesjährigen 93. Jahrestagung für plastische Chirurgie in San Diego stellte BellaSeno die vorläufigen Ergebnisse seiner klinischen Studie vor. Die Daten zeigten, dass seine Gerüste aus Polycaprolacton in medizinischer Qualität (mPCL) im Vergleich zur alleinigen Fetttransplantation eine doppelt so hohe Retention des Brustvolumens ermöglichen. Diese Gerüste zeigten auch eine optimale Sicherheit, ohne Komplikationen wie Infektionen oder Nekrosen. Im Rahmen dieser Studie erhielten 19 Patientinnen nach Entfernung ihrer Silikonimplantate mPCL-Brustgerüste, die zu 50 % mit autologem Fett gefüllt waren. Bei der Nachuntersuchung über 12 bis 24 Monate traten keine größeren Komplikationen auf. Parallel dazu plant BellaSeno, 2025 eine vollautomatische Produktionsanlage in Australien zu eröffnen. Diese Fabrik, die auf den 3D-Druck von medizinischen Implantaten spezialisiert ist, wird bis zu 100 000 maßgeschneiderte Brustrahmen pro Jahr herstellen und so individuelle Lösungen anbieten.

Bild: BellaSeno

Healshape

Healshape wurde im Januar 2020 in Lyon gegründet und ist ein biomedizinisches Startup, das sich auf die Brustrekonstruktion und -vergrößerung durch Bioprinting spezialisiert hat. Das Unternehmen will „natürliche Lösungen zur Brustrekonstruktion für jede Frau entwickeln“ und richtet sich an die 40 % der 2,2 Millionen Frauen, bei denen Brustkrebs diagnostiziert wurde und die eine Mastektomie benötigen (2020). Wie Lattice Medical bietet es eine vollständig personalisierte Bioprothese mit dem Namen UR SHAPE an, bei der es sich um eine „100 % natürliche Matrix aus biobasierten Materialien [die in 3D gedruckt werden können] handelt, die durch die Verwendung einer Tinte, die die Regeneration des Gewebes jeder einzelnen Frau erleichtert, resorbierbar sind.“ Nach der Implantation kann der Arzt die eigenen Zellen der Patientin injizieren, indem er ein Lipofilling durchführt. Es ist also nur ein einziger Eingriff erforderlich. Diese Zellen werden dann die Form der Bioprothese annehmen und können das Brustgewebe wieder aufbauen. Nach einigen Monaten kann sich die Prothese von selbst auflösen und nur die eigenen Zellen der Patientin zurücklassen, die dann wieder in ihre Brust zurückkehren können sollen.

Isolierung aggressiver Krebszellen

Einer Forschungsgruppe der Universität Girona ist es gelungen, die Zellen zu isolieren, die Brustkrebs bei Frauen verursachen. Sie druckten winzige Matrizen, sogenannte Scaffolds, im 3D-Druckverfahren, die Gewebe und Fasern des menschlichen Körpers nachbilden. Mithilfe der Software BCN3D Cura und dem 3D-Drucker Sigma des Herstellers aus Barcelona testeten sie verschiedene Parameter, um die für die Forschung optimalsten Modelle zu erstellen. Sie fertigten zehn Kopien von jeder Konfiguration an, um zu sehen, welche Geometrie die Stammzellen, die Rückfälle verursachen, am besten separierte. Wenn die Stammzellen isoliert werden, können die Forscher sie besser untersuchen, um die Biomarker zu finden, die für die Tumore verantwortlich sind, und sie mit Medikamenten anzusprechen.

Bild: BCN3D

Maßgeschneiderte Brustprothesen aus dem 3D-Drucker der Universität Limerick

An der Universität Limerick in Irland haben Forscher angekündigt, was sie für eine „Weltneuheit“ halten: die Herstellung von maßgeschneiderten Brustprothesen für Frauen nach einer Mastektomie mithilfe von 3D-Scanning und 3D-Druck. Als Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen der Abteilung für schnelle Innovation der Universität Limerick (UL), der Abteilung für symptomatische Brustpflege des Universitätskrankenhauses Limerick (UHL) und dem Mid-Western Radio-Onkologiezentrum des privaten Mater-Netzwerks hofft dieser Ansatz, die Lebensqualität von Brustkrebsüberlebenden zu verbessern. Im Wesentlichen werden Frauen, die sich einer vollständigen Mastektomie unterzogen haben, Zugang zu vollständig personalisierten Prothesen haben, die vor Ort am Point of Care hergestellt werden und sich perfekt an die verbleibende Brust anpassen, unabhängig von ihrer Form und Größe. Obwohl die Forscher nicht angeben, welche 3D-Drucktechnologie verwendet wurde, erwähnen sie, dass die Behandlung hofft, das Fehlen eines „one size fits all“-Ansatzes zu beheben, der derzeit die Norm ist. Das Projekt zielt außerdem darauf ab, in ganz Irland Lösungen für maßgeschneiderte Prothesen anzubieten.

Das Team, das hinter dem UL-Projekt steht (von links nach rechts) : Emmajude Lyons, Doktorandin, Rapid Innovation Unit, Universität Limerick; Dr. Lorraine Walsh, Beraterin für Radioonkologie, Privates Netzwerk Mater Limerick; M. Chwanrow Baban, Berater für allgemeine und onkoplastische Brustchirurgie, Symptomatische Brusteinheit, Universitätsklinikum Limerick; und Dr. Kevin J O’Sullivan, leitender Forscher, Rapid Innovation Unit (Bild: Universität Limerick).

Ein in 4D gedrucktes Implantat, das sich dem Körper anpasst und Medikamente freisetzt

Eine Gruppe von Forschern der Queen’s University Belfast (QUB) hat mithilfe von Tinkercad und dem 3D-Bio-Drucker Cellink Bio X 4D-gedruckte Implantate hergestellt. Diese personalisierten Implantate wurden aus intelligenten Materialien hergestellt, die ihre Form und ihre Eigenschaften verändern können. Dank dieser Technologie können die Implantate programmiert und durch externe Stimuli wie Temperatur oder Luftfeuchtigkeit gesteuert werden, um ihre Anpassung an den jeweiligen Patienten zu verbessern. Die Vorteile der Verwendung des 4D-Drucks in Implantaten sind nicht nur ästhetischer Natur, sie sind auch in der Lage, Medikamente nach und nach an ganz bestimmten Stellen freizusetzen. Diese Art von Chemotherapie-Medikament (Doxorubicin oder DOX) hilft dem Patienten, das Wiederauftreten von Krebszellen zu verhindern.

Bild: QUB

3D-gedrucktes Ultraschallgerät zur Bekämpfung von Brustkrebs

Ein Forscherteam des MIT hat ein 3D-gedrucktes Gerät entwickelt, das einen Beitrag zur Bekämpfung von Brustkrebs zu leisten verspricht. Das Ultraschallgerät soll eine Früherkennung von Brustkrebs ermöglichen. Intervallkrebserkrankungen geben Ärzten und Patienten Anlass zur Sorge. Dabei handelt es sich um Tumore, die zwischen den regelmäßigen Mammografien schnell wachsen und aggressiver sind als die routinemäßig erkannten Tumore. Canan Dagdeviren, Hauptautorin der Studie, erklärt, dass es ihr Ziel war, ein Gerät zu entwickeln, das ein häufigeres Screening bei Personen mit hohem Risiko ermöglicht. Das „cUSBr-Patch“, ein 3D-gedrucktes Pflaster mit Öffnungen, ermöglicht einen Tiefenscan und liefert ein Bild der Brust aus verschiedenen Winkeln. Das Gerät wurde mit einem 3D-Drucker Prusa i3 MK3S+ unter Verwendung von TPU und PLA hergestellt, wird am BH befestigt und hilft bei der Bekämpfung dieser Intervallkrebserkrankungen.

Bild: MIT

ONEBra und der 3D-Druck von BH-Körbchen nach Brustkrebs

ONEBra ist ein junges italienisches Unternehmen, das eine Lösung für Frauen angeboten hat, die sich aufgrund von Brustkrebs einer Mastektomie unterziehen mussten. Häufig führt nämlich die durch diese Operation entstandene Asymmetrie der Brüste zu zusätzlichen psychologischen Schwierigkeiten für die Patientinnen. ONEBra hat daher personalisierbare und 3D-druckbare BH-Körbchen entwickelt, die an die Physiologie der Frau angepasst werden können. Die Kundin kann ihren Körper zu Hause scannen und die Bilder an das Unternehmen senden, das dann die individuell angepassten BH-Körbchen in 3D druckt und an die Wohnung der Patientin schickt. Durch den Einsatz der additiven Fertigung wird das Produkt in kurzer Zeit und unter voller Wahrung der Privatsphäre der Person versandt.

Die 3D-gedruckten Mützen von ONEBra werden mit der HP MJF-Technologie aus TPU hergestellt. (Bild: ONEBra)

Cellbricks druckt Implantate aus menschlichen Zellen

Viele Frauen, bei denen Brustkrebs operativ entfernt werden muss, entscheiden sich nach dem Eingriff für ein Implantat. Dieses bestand bisher meist aus Silikon. Allerdings bergen Silikonimplantate das Risiko, dass der Körper sie einkapselt und die Implantate müssen nach einiger Zeit entfernt werden. Um eine bessere Alternative zu Silikonimplantaten zu schaffen, arbeitet das Berliner Startup Cellbricks an der Entwicklung von Implantaten aus menschlichem Gewebe. Mit seiner firmeneigenen Biofabrikationstechnologie ist Cellbricks in der Lage, aus menschlichen Zellen – teilweise direkt von der Patientin – ein Implantat zu drucken. Der Schlüssel zum Erfolg liegt in der Biotinte, dem stereolithografischen Multimaterial-Biodruckverfahren, aber auch in der Software und Verfahrenstechnik.

Bild: Cellbricks

3D-gedruckte Mini-Tumore zur Verbesserung der Krebsbehandlung

Forscher des Akademischen Zentrums für Arzneimittelforschung in Leiden haben Mini-Tumore in einer Umgebung, die menschlichem Gewebe sehr ähnlich ist, in 3D gedruckt, um die Wirksamkeit von Krebsimmuntherapien zu untersuchen. Zu diesen Immuntherapien gehören verstärkte T-Zellen, d. h. spezialisierte Immunzellen, die Krebszellen angreifen können, und bispezifische Antikörper, die den T-Zellen helfen, die Krebszelle zu lokalisieren und effektiver zu zerstören. Durch den 3D-Druck von Minitumoren können die Forscher ein realistischeres Modell der Immuntherapie-Interaktionen erstellen, im Gegensatz zu herkömmlichen Immuntherapie-Tests in einer Petrischale. Ihre 3D-gedruckten Minitumore, die sie in Kollagengel einbetten, ahmen den menschlichen Körper genauer nach. Das Team verwendet einen 3D-Biodrucker, um Tumorzellen in das Gel zu injizieren, wodurch kleine 3D-Tumore entstehen, die wachsen und in das Gel eindringen, wie sie es im Körper tun. Dann werden die T-Zellen hinzugefügt und mit automatischen Mikroskopen überwacht. Die Testmethode hat sich bereits als erfolgreich erwiesen, und die Forscher konnten verbreiten, welche Antikörper wirksam sind. Sie arbeiteten sogar mit dem Immunologielabor von Reno Debets am Erasmus Medical Center in Rotterdam zusammen, um neue Rezeptoren für die Therapie von dreifach negativem Brustkrebs zu testen.

Universität von East Anglia erforscht Implantate zur Brustrekonstruktion

Jüngste Forschungsarbeiten an der University of East Anglia (UEA) befassen sich mit dem Einsatz der 3D-Drucktechnologie zur Verbesserung von Brustrekonstruktionsoperationen für Krebspatientinnen. Im Rahmen des Projekts werden mithilfe von 3D-Scans der Brust der Patientin vor der Operation maßgeschneiderte Formen erstellt, die die Vermessung des Gewebes und die Optimierung von Form und Volumen während der Rekonstruktion erleichtern und so die Qualität und Geschwindigkeit des Verfahrens verbessern. Ein weiterer Aspekt der Forschung ist die Verwendung von MRT-Daten zur Entwicklung maßgeschneiderter Implantate, die aus biologisch abbaubaren Polymeren hergestellt werden. Diese Implantate würden bei brusterhaltenden Operationen eingesetzt, bei denen der Tumor entfernt wird, während das Brustgewebe und die Form so weit wie möglich erhalten bleiben. Dieses 3D-Implantat wird der Patientin eingesetzt und baut sich im Körper ab, nachdem es mit dem Eigenfett der Patientin injiziert wurde.

Links, eine 3D-gedruckte Brustform. Rechts das biologisch abbaubare Implantat in der exakten Form eines Tumors (Bild: University of East Anglia)

Ricoh und SimBioSys vereinen KI und 3D-Druck zur Behandlung von Brustkrebs

Ricoh USA hat über Ricoh 3D for Healthcare, einem führenden Hersteller von personalisierten medizinischen Geräten, eine Vereinbarung mit SimBioSys, einem technischen Unternehmen, das sich auf KI und Computermodellierung spezialisiert hat, unterzeichnet, um neue Technologien zur Behandlung von Brustkrebs zu erforschen. Die Zusammenarbeit konzentriert sich auf die Bewertung des Potentials von Künstlicher Intelligenz in Kombination mit fortschrittlichem 3D-Druck, um die chirurgischen Erfahrungen zu verbessern und die Pflege von Brustkrebspatientinnen zu personalisieren. Auf der Konferenz der American Society of Breast Surgeons im April 2024 stellten Ricoh und SimBioSys ihre ersten Fortschritte vor und enthüllten innovative Brustkrebsmodelle. Obwohl die Einzelheiten der verwendeten Technologien vertraulich bleiben, verspricht die Zusammenarbeit innovative Lösungen für die Behandlung und das Management von Brustkrebs.

Bild: SimBioSys

ZULE bietet 3D-gedruckte Brustprothesen-Alternativen

Im Oktober letzten Jahres wurde ZULE vorgestellt, ein innovatives Projekt der ESPOL (Escuela Superior Politécnica del Litoral) in Ecuador, das den 3D-Druck zur Herstellung individueller externer Brustprothesen einsetzt. Dieser technologische Ansatz ermöglicht es, Prothesen zu entwerfen, die sich genau an die Anatomie jeder Patientin anpassen und Komfort und ein natürliches Aussehen garantieren. Das Team unter der Leitung von Professor Gabriel Helguero hat ein Verfahren entwickelt, das 3D-Scannen und Modellieren kombiniert, so dass sich jede Prothese nicht nur an die Maße der Patientin, sondern auch an ihre Narbe anpassen kann. Bei der Vorstellung dieser Initiative wurde die Bedeutung der Früherkennung dieser Krebsart hervorgehoben. Auch die Rektorin von ESPOL, Cecilia Paredes, hob hervor, wie die Forschung, in diesem Fall mit Hilfe der additiven Fertigungstechnologie, Leben verändern und wesentlich zum Wohlbefinden der Patienten beitragen kann.

Bild: ESPOL / Escuela Superior Politécnica del Litoral

ReConstruct Bio

ReConstruct Bio ist ein vom Wyss-Institut der Harvard-Universität gegründetes Unternehmen. Unter Verwendung der vom Wyss-Institut entwickelten SWIFT-3D-Bioprinting-Technologie konzentriert sich ReConstruct Bio auf die Brustrekonstruktion und -vergrößerung für Frauen, die sich einer Mastektomie unterzogen haben. Das Team hat das BioImplantat entwickelt, ein biotechnologisch hergestelltes Gewebe, das aus den eigenen Zellen der Patientinnen besteht. Dieses mit der SWIFT-Technik gedruckte Gewebe ist vaskularisiert, um eine sofortige Integration in das Blutnetz der Patientin zu gewährleisten. Durch die Verwendung patienteneigener Zellen werden zudem Abstoßungsreaktionen und andere Komplikationen minimiert. Diese Technik führt nach Angaben des Unternehmens zu besseren Ergebnissen als synthetische Brustimplantate und kann für die Brustrekonstruktion und -vergrößerung sowie für andere rekonstruktive oder kosmetische Eingriffe verwendet werden.

Ein mikroskopisches Bild der Gefäßkanäle im Fettgewebe, das per 3D-Bioprinting gefertigt wurde und vier Tage lang in vitro perfundiert wurde. (Bild: Wyss-Institut – Harvard-Universität)

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