Forscher haben 3D-gedruckte Herzklappen entwickelt, die im Körper wachsen können

Ein Forscherteam gab kürzlich bekannt, dass es eine neue Form von 3D-gedruckten Herzklappen entwickelt hat. Diese neuen künstlichen Organteile sind so konzipiert, dass sie den eigenen Zellen des Patienten die Möglichkeit geben, neue Zellen zu bilden und so mit dem Rest des Körpers des Patienten zu wachsen, was möglicherweise dazu beiträgt, viele der mit Transplantationen verbundenen Komplikationen zu verringern.  Wie Sie wissen, hat der Einsatz der additiven Fertigung im medizinischen Bereich exponentiell zugenommen, da er es Wissenschaftlern und Ärzten ermöglicht hat, Möglichkeiten zu erforschen, die noch vor wenigen Jahren völlig unvorstellbar waren. Doch obwohl der 3D-Druck bereits erfolgreich in Bereichen wie der Herstellung von Prothesen eingesetzt wird, werden andere Bereiche wie die innere Medizin, insbesondere das Konzept des Bioprinting, noch erforscht. Diese Forschung stellt jedoch einen bedeutenden Schritt nach vorn in diesem Bereich dar.

Ein Forscherteam, darunter Petra Mela, Professorin für medizinische Materialien und Implantate an der Technischen Universität München (TUM), und Professorin Elena De-Juan Pardo von der University of Western Australia, hat sich mit der Idee beschäftigt, 3D-gedruckte Herzklappen herzustellen, die aufgrund ihrer Fähigkeit, neues Gewebe zu bilden, als lebenslange Implantate verwendet werden können. Durch den Einsatz von AM-Technologien in Kombination mit speziellen, biologisch abbaubaren Materialien konnten die Fachleute Implantate herstellen, die die einzigartige Komplexität eines menschlichen Organs nachahmen. In Anbetracht der Tatsache, dass allein in den Vereinigten Staaten jährlich 182.00 Herzklappen ersetzt werden müssen, könnte die Forschung, sobald sie praktikabel ist, dazu beitragen, eine Reihe von Leben zu retten.

The details on the 3D printed heart valve are incredibly fine

Auch wenn es bereits andere Arten von Herzklappenimplantaten gibt, ist deren Einsatz immer mit verschiedenen Komplikationen verbunden. Mechanische Klappen neigen beispielsweise zur Bildung von Blutgerinnseln an den Metalloberflächen, was zu schweren Komplikationen führen kann. Außerdem sind die Patienten an die lebenslange Einnahme von blutverdünnenden Medikamenten sowie an Einschränkungen bei der körperlichen Betätigung gebunden. Ein weiterer Nachteil ist, dass diese Klappen nicht wachsen können und irgendwann ersetzt werden müssen, wie Petra Mela erklärt: „Unser Ziel ist es, bioinspirierte Herzklappen zu entwickeln, die die Bildung von neuem funktionellem Gewebe bei Patienten unterstützen. Vor allem Kinder würden von einer solchen Lösung profitieren, da die derzeitigen Herzklappen nicht mitwachsen und im Laufe der Jahre durch mehrere Operationen ersetzt werden müssen. Unsere Herzklappen hingegen ahmen die Komplexität natürlicher Herzklappen nach und sind so konzipiert, dass patienteneigene Zellen das Gerüst infiltrieren können.“

Einsatz einer speziellen AM-Technologie für die 3D-gedruckten Herzklappen

Um die feinen biologischen Strukturen des menschlichen Organs nachahmen zu können, wandten die Forscher eine völlig neue additive Fertigungstechnologie an, das so genannte Schmelzelektrodruckverfahren. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um ein Extrusionsverfahren, bei dem ein Polymer erhitzt, geschmolzen und als Flüssigkeitsstrahl aus einem Druckkopf ausgestoßen wird. Das Besondere an diesem Verfahren ist jedoch der Einsatz eines elektrischen Hochspannungsfeldes, das auf den Strahl einwirkt und die entstehende Faser so dünn wie fünf bis fünfzig Mikrometer macht, so dass die Maschine extrem detailliert drucken und sehr genaue Muster herstellen kann. Um sicherzustellen, dass das beste Material für das Implantat verwendet wird, entschied sich das Team für medizinisches Polycaprolacton (PCL), das mit Zellen kompatibel und biologisch abbaubar ist.

Petra Mela, Professorin für medizinische Materialien und Implantate an der Technischen Universität München (TUM)

Wie bereits erwähnt, besteht das langfristige Ziel darin, Implantate für Kinder zu schaffen, die im Körper verbleiben und mit dem Patienten wachsen können. Die Hoffnung ist, dass sich nach einiger Zeit Zellen in den Räumen der Mikroporen ansiedeln, die kleiner sind als die Poren der PCL-Struktur. Obwohl noch ein langer Weg vor uns liegt, ist das Team zuversichtlich, dass dies eine große Verbesserung für Menschen mit Herzklappenerkrankungen sein wird, und wird bald zu Tierversuchen übergehen. Weitere Informationen über das Projekt finden Sie HIER.

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*Bildnachweise: Andreas Heddergott / TUM