3D-gedruckter ChemoFilter gegen die Nebenwirkungen der Chemotherapie
In einem Zusammenschluss der University of California und Berkeley, des Herstellers Carbon 3D und der UC San Francisco haben die Forscher nach einer Möglichkeit gesucht, die Nebenwirkungen der Chemotherapie zu minimieren. Ihre Lösung, ein 3D-gedruckter Schwamm könnte als Filter wirken und die Behandlung für den Patienten deutlich angenehmer gestalten.
Die additive Fertigung wird bereits viel in der Medizin eingesetzt und bietet vor allem den Vorteil, individuell auf den Patienten angepasst zu werden. Bereits Projekte wie der 3D-Druck eines Rippenimplantats beschreiben die Möglichkeiten, der Passgenauigkeit des 3D-Drucks in der Medizin. Krebs ist einer der häufigsten Ursachen für vorzeitige Sterblichkeit und obwohl die Behandlungen immer weiter verbessert werden treten noch häufig Nebenwirkungen auf.
Doxorubicin ist ein häufig genutztes Medikament für die Behandlung von Brust-, Blasen- und Knochenmarkkrebs und ist sehr wirksam, den krebsartigen Wachstum einzudämmen. Jedoch bleibt ein Teil des Wirkstoffes als überschüssiges Medikament im Körper und beeinflusst auch anderes Körpergewebe. Da es für gesundes Gewebe giftig ist und dementsprechende Nebenwirkungen wie Haarausfall, Knochenmarkunterdrückung, Erbrechen und Ausschläge auftreten können suchten die Forscher nach einer Lösung.
Das Ziel der Forschung war es nicht, eine einfache Membran zu schaffen, um die Ablagerungen einzufangen, sondern eine intelligente Membran, welche en Wirkstoff herausfiltert. Hierfür war ein Polymer nötig, welches sich mit dem betroffenen Medikament binden kann.
Mit dieser Bindung konnten die Forscher einen Medikamentenschwamm, den ChemoFilter erstellen, welcher die überschüssigen Medikamente aufnimmt und die Beschädigung gesunder Gewebe verhindert. Der Schwamm soll möglichst in der Nähe des behandelten Tumors eingesetzt werden, sodass sich das Medikament kaum ausbreiten kann. Der Schwamm dient als Blutfilter, oder auch „Absorber“.
„Ein Absorber ist ein Standard-Verfahrenstechnikkonzept“, so erklärt Chemieingenieur Nitash Balsara. „Absorber werden in der Erdölraffination eingesetzt, um unerwünschte Chemikalien wie Schwefel zu entfernen“ Dieses Prinzip griffen sie auf und nutzten es für ihren Anatz. „Buchstäblich haben wir das Konzept der Erdölraffination übernommen und auf die Chemotherapie angewendet.“
Der Vorteil des 3D-Drucks
Um den „Absorber“ richtig einzusetzen brauchten die Forscher zunächst einen Träger, sodass das Polymer perfekt in die Vene des Patienten passt. In Kooperation mit Wissenschaftlern von Carbon ermöglichte das Team den 3D-Druck eines ChemoFilters, welcher je nach bedarf skaliert werden kann und sich so perfekt an unterschiedliche Venen anpassen kann. Das letztendliche Design ist ein zylinderförmiger Filter mit innerer Gitterstruktur, welcher erst in 3D gedruckt, und anschließend mit dem absorbierenden ionischen Polymer beschichtet wird.
„Der Einbau des Zylinders in die Vene ist wichtig. Wenn die Passform schlecht ist, fließt das Blut mit den gelösten Medikamenten am Zylinder vorbei, ohne mit dem Absorptionsmittel zu interagieren“, betonen die Forscher die Wichtigkeit der Anpassung durch die additive Fertigung.
Der ChemoFilter konnte bereits an der Vene eines gesunden Schweines ausprobiert werden und nahm insgesamt 64% des in die Vene injizierten Doxorubicins auf! Der nächste Schritt ist es, den Filter auch auf die Leber eines Schweines zu übertragen. Weiterhin wartet das Team auf eine vorläufige Genehmigung der FDA, um den Filter nach erfolgreichen präklinischen Studien bei Patienten mit Lungenkrebs testen zu können.
Die Zusammenfassung der Studie „3D Printed Absorber for Capturing Chemotherapy Drugs before They Spread through the Body“ wurde in der Zeitschrift ACS Central Science veröffentlicht.
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