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3D-gedruckte Seiden-Biotinte zeigt Potential für Meniskusreparatur im Knie

Am 26. April 2024 von Astrid Z. veröffentlicht

An der Schnittstelle zwischen medizinischer Biotechnologie und additiver Fertigung hat ein Team von Forschern des Indian Institute of Technology Guwahati und der West Bengal University of Animal and Fishery Sciences, Kolkata, einen Weg zu einer innovativen Behandlung von Knieverletzungen eingeschlagen. Ihre Arbeit kombiniert den Einsatz modernster 3D-Drucktechnologie mit einer speziell formulierten Seiden-Biotinte auf Seidenbasis und verspricht einen Paradigmenwechsel bei der Untersuchung und Behandlung von Knieverletzungen.

Der Schwerpunkt dieses Ansatzes liegt auf dem Kniemeniskus, einer lebenswichtigen Faserknorpelstruktur, die für die Stabilität des Kniegelenks entscheidend ist. Diese Kniekomponente ist für Chirurgen schwierig zu operieren und neigt häufig zu Rissen und Verletzungen, die invasive Verfahren zur Heilung erfordern. Herkömmliche Behandlungsmethoden wie offene Operationen und Gewebeentnahmen stellen eine große Herausforderung dar und führen nicht immer zu zufriedenstellenden Ergebnissen, insbesondere bei schweren Rissen oder chronischen Erkrankungen wie Arthrose. Aufgrund dieser Hürden kommt es häufig zu postoperativen Komplikationen und langwierigen Rehabilitationszeiten.

Der 3D-Bioprint-Meniskus. (Bild: Biman B Mandal)

Professor Biman B. Mandal und sein Team wollten diese Herausforderungen durch die Entwicklung und das 3D-Bioprinting einer maßgeschneiderten Biotinte angehen, die speziell für das Kniemeniskus-Gewebe-Engineering entwickelt wurde. Diese einzigartige Kombination aus Seidenfibroin-Methacrylat, Gelatine-Methacrylat und Polyethylenglykol-Dimethacrylat, die von Indiens reicher Tradition der Seidenbekleidung inspiriert ist, wurde speziell für die Verbesserung von Tissue-Engineering-Anwendungen entwickelt, insbesondere für die Meniskusregeneration.

Eine wesentliche Innovation besteht darin, dass die Seiden-Biotinte während des 3D-Drucks eine gelartige Konsistenz beibehält, die eine äußerst genaue schichtweise Ablagerung der Kniescheibenstruktur gewährleistet. Durch die Zugabe von Stammzellen aus humanem plättchenreichem Plasma in die Biotinte stellten die Forscher das Vorhandensein von Fibrochondrozyten sicher (da die alten Stammzellen zu den neuen Fibrochondrozyten heranreifen), dem primären Zelltyp, der für die Reparatur und Regeneration des Meniskusgewebes verantwortlich ist.

Um sicherzustellen, dass die Biotinte der Belastung durch Bewegung und Belastung standhält und keine negativen Reaktionen im Körper hervorruft, führten Mandal und sein Team gründliche Tests durch, einschließlich Simulationen, die wiederholte Kniebewegungen nachahmen und Bewertungen der Immunreaktion in Tiermodellen. Beeindruckenderweise hielt die Biotinte der mechanischen Belastung stand und verursachte keinerlei negative Immunreaktionen, sodass weitere präklinische Tests durchgeführt werden konnten, bevor sie an echten Patienten getestet wurden.

Professor Mandal und Ashutosh Bandyopadhyay. (Bild: Biman B. Mandal)

Mit Blick auf die Zukunft hofft das Forschungsteam, dass dieses Projekt sie in eine Zukunft führt, in der ihre auf Seide basierende Biotintenformulierung zu einer Standardbehandlungsoption für Kniemeniskusverletzungen wird und eine minimalinvasive Alternative zu herkömmlichen Operationen darstellt. Durch den Einsatz der 3D-Drucktechnologie und die Nutzung des regenerativen Potentials von Stammzellen wollen sie Patienten eine zuverlässige, patientenspezifische Lösung bieten, die die Heilung des Gewebes fördert und die Funktion des Knies erhält.

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