Akira Science über den 3D-Druck von Biomaterialien für die Geweberegeneration

Da der 3D-Druck den Gesundheitsbereich weiterhin revolutioniert, erkunden immer mehr Unternehmen seine Anwendungsmöglichkeiten bei der Entwicklung innovativer medizinischer Lösungen. Diese Technologie, die sich durch ihre Anpassungsfähigkeit und Präzision auszeichnet, verändert die Art und Weise, wie Geräte und Materialien für den Gesundheitssektor entworfen und hergestellt werden. Auch im Bereich der Gewebetechnik und der regenerativen Medizin bietet der 3D-Druck ein enormes Potential. Dies ist beispielsweise bei Akira Science der Fall, einem schwedischen Unternehmen, das diese Technologie bereits in seiner Geschäftstätigkeit nutzt. Konkret hat es 3D-gedruckte bioabsorbierbare Polymerstrukturen entwickelt, um die Geweberegeneration in verschiedenen medizinischen Anwendungen zu erleichtern. Wir haben mit dem Team von Akira Science gesprochen, um mehr über diese Lösung und den Einsatz der additiven Fertigung in der Medizin zu erfahren.

3DN: Könnten Sie sich vorstellen und Ihren Bezug zum 3D-Druck erläutern?

Mein Name ist Álvaro Morales und ich bin CEO von Akira Science. Meine Faszination für den 3D-Druck begann 2016 während des Fachs Materialwissenschaften im Studiengang Chemieingenieurwesen, das von Professor Guillermo Vilariño an der UPV unterrichtet wurde. Die Leidenschaft und inspirierende Methodik von Professor Vilariño im Bereich Gewebeengineering weckten mein Interesse für diese Technologie, was mich dazu veranlasste, meine Karriere auf den 3D-Druck und die Entwicklung fortschrittlicher Polymermaterialien für biomedizinische Anwendungen auszurichten. Diese Motivation veranlasste mich später, meinen Master am KTH Royal Institute of Technology in Schweden fortzusetzen, wo ich mich im Rahmen des Projekts PrintKnit, das sich auf die Erstellung von 3D-Gerüsten für die Regeneration von Weichgewebe konzentriert, eingehend mit der Verwendung biologisch abbaubarer Polymere befasste. Diese Erfahrung festigte nicht nur meine Vision von der Integration des 3D-Drucks in reale klinische Lösungen, sondern markierte auch die Geburtsstunde von Akira Science.

Nach meinem Masterabschluss hatte ich die Möglichkeit, ein Sommerpraktikum in derselben Abteilung zu absolvieren, wo ich den Produktionsprozess von Gerüsten aus medizinischen Materialien optimieren konnte, was zu meiner ersten Veröffentlichung führte. Nach diesem Jahr des Lernens stellte sich die große Frage: Promotion oder Arbeitswelt? Ich beschloss, den industriellen Stand des 3D-Drucks zu erkunden, was mich nach Deutschland führte, wo ich zweieinhalb Jahre lang bei EnvisionTEC in der Forschungs- und Entwicklungsabteilung arbeitete. Diese Phase war entscheidend und sehr bereichernd für mich, da ich eine umfassende Ausbildung erhielt und von Kollegen aus verschiedenen Disziplinen wie Maschinenbau, Elektrotechnik und Softwareentwicklung lernen konnte. Während dieser Zeit konzentrierte ich mich auf die Entwicklung von DLP- und cDLM-Technologien und arbeitete an großen Projekten mit Unternehmen wie Henkel, BASF und Cartier zusammen. Darüber hinaus stellte uns die COVID-19-Pandemie vor die Herausforderung, den Druck von Abstrichstäbchen zu optimieren und die FDA-Zulassung dafür zu erhalten – eine bereichernde Erfahrung, die es mir auch ermöglichte, gemeinsam mit dem Team von Bioplotter tiefer in die Welt des Bioprintings einzutauchen.

Trotz dieser Fortschritte hatte ich immer das Bedürfnis, meine Forschung fortzusetzen und mein eigenes langfristiges Projekt zu leiten. Diese Gelegenheit ergab sich im Oktober 2020, als meine Masterbetreuerin, Prof. Anna Finne Wistrand, mir von einem Doktorandenangebot im neu eröffneten AM4Life Competence Centre berichtete, das in Zusammenarbeit mit dem biopharmazeutischen Unternehmen Cytiva Materialien entwickelt, die mit dem 3D-Druck kompatibel sind und für die Bioverarbeitung und die Entwicklung von Nachbearbeitungsverfahren zur Verbesserung der antibakteriellen Eigenschaften von SLS-nachgedrucktem Polypropylen bestimmt sind. Gleichzeitig motivierten mich meine Leidenschaft für das Unternehmertum und die Möglichkeit, Akira Science weiterzuentwickeln, dazu, meine Promotion und die Entwicklung von Akira parallel zu verfolgen.

Heute nutze ich als CEO von Akira Science diese wertvolle Erfahrung, um biologisch abbaubare Implantate zu entwickeln, die zur Regeneration von Gewebe nach onkologischen Operationen wie Brustrekonstruktionen dienen. Durch den Einsatz unserer innovativen Materialien und 3D-Drucktechniken vollziehen wir einen Paradigmenwechsel in der rekonstruktiven Chirurgie.

3DN: Was ist Akira Science und wie kam es zu der Idee, das Unternehmen zu gründen?

Akira Science entstand als Spin-off innerhalb der Abteilung für Faser- und Polymertechnologie am KTH Royal Institute of Technology im Rahmen des von Prof. Anna Finne-Wistrand geleiteten Projekts PrintKnit. Als ich als Masterstudent dazukam, bestand die Forschungsgruppe aus einem interdisziplinären Team aus organischen Chemikern, Biologen, Informatikern und Biomedizintechnikern – also der perfekten Kombination, um das gesamte Know-how zu entwickeln, das von der Synthese neuer Biomaterialien bis hin zum Druckprozess und der individuellen Anpassung des Implantatdesigns reicht. Das Interessante an diesem Projekt ist, dass es aus einer klinischen Notlage und dem offensichtlichen Mangel an neuen Biomaterialien in der Medizin entstanden ist.

Leider verwenden Chirurgen seit 30 Jahren dieselben abbaubaren Materialien und es gab keine Innovationen im medizinischen Bereich. Daher war es unser Ziel, einen Paradigmenwechsel in dieser Situation herbeizuführen, und wir haben eine Bibliothek mit einer Reihe von abbaubaren Polymeren sowie eine Technologie zum Drucken und Entwerfen von Implantaten entwickelt, um die für die Regeneration von Weichgewebe erforderlichen Voraussetzungen zu gewährleisten: erstens mechanische Eigenschaften (Steifigkeit) in derselben Größenordnung wie das Fettgewebe in der Brust, zweitens ein Material, das bei der Verarbeitung bei hohen Temperaturen und bei der Sterilisation stabil ist, und drittens ein Material, das sich mit der gleichen Geschwindigkeit abbaut, mit der sich das Gewebe regeneriert, wodurch die Vermehrung und Ausbreitung von Stammzellen und ihre Spezialisierung zu Adipozyten innerhalb von neun bis zwölf Monaten ermöglicht wird. Und genau das haben wir im Grunde genommen getan.

Am Ende des Projekts und nach Überprüfung dieser Ergebnisse auf präklinischer Ebene half uns das Transferzentrum der Universität, KTH Innovation, bei der Ausarbeitung einer Strategie für das geistige Eigentum, und dort verfassten wir unser erstes Patent. Persönlich war es seit meiner Kindheit mein Traum und meine Motivation, ein eigenes Unternehmen zu gründen und obwohl ich als einfacher Masterstudent angefangen hatte, erwarb ich schließlich die Mehrheit der Anteile des Unternehmens. Tatsächlich nahm ich an allen Entrepreneurship-Programmen von KTH Innovation teil, bis ich schließlich in das renommierte DeepTech Incubate bei STING aufgenommen wurde, das als bestes Startup-Inkubationsprogramm der Welt ausgezeichnet wurde.

Die Realität war, dass die meisten meiner Kommilitonen nicht die Motivation für die Produktentwicklung hatten und beschlossen, ihre Karriere im wissenschaftlichen Bereich oder in größeren Unternehmen fortzusetzen. Mein Ehrgeiz und meine Leidenschaft und vor allem mein Glaube an die Wissenschaft haben mich dazu gebracht, mit Akira Science weiterzumachen – und ich werde nicht aufhören, bis unsere Implantate in allen Krankenhäusern zu finden sind.

3DN: Worin besteht Ihre Methode des 3D-Drucks von Geweben? Welche Vorteile haben Sie mit dieser Technologie festgestellt?

Unser Ansatz besteht darin, ein azelluläres Gerüst zu verwenden, d. h. wir verwenden keine Wachstumsfaktoren oder Stammzellen in unseren Implantaten. Die erste Anforderung seitens der Klinik war, ein möglichst inertes Material zu verwenden, um jegliche Art von Abstoßung (oder eine erneute Vermehrung des Krebses) zu vermeiden und um als Träger zu dienen, an dem sich die bereits in der Brust vorhandenen Zellen anheften, vermehren und die Geweberegeneration fördern können. Unsere Druckmethode basiert auf dem Filamentdruck, bei dem wir unter bestimmten Bedingungen arbeiten müssen. Dazu musste ich sowohl den Extrusions- als auch den Druckprozess optimieren, um die Anforderungen des Implantatdesigns zu erfüllen. Gleichzeitig basiert unser Implantat auf einem miteinander verbundenen Netz mit einem hohen Porositätsgrad, das die Diffusion der Zellen und ein homogenes Wachstum des Gewebes ermöglicht. Die Kombination aus unserem Biomaterial, dem Druckverfahren und dem Design des Implantats macht Akira Science zu einem einzigartigen Unternehmen in diesem Sektor mit einem unglaublichen Potential für weitere Anwendungen im Bereich der Weichgeweberegeneration.

Die Vorteile, die wir festgestellt haben, bestehen darin, dass unsere Plattform sowohl Forschern als auch medizinischem Fachpersonal dabei helfen kann, einen Paradigmenwechsel voranzutreiben und umzusetzen. Wir helfen nicht nur den Patienten, sondern vereinfachen auch Brustrekonstruktionsoperationen, indem wir 30 % der Operationszeit einsparen und den Krankenhäusern bis zu 50 % der Ressourcen einsparen. Interessanterweise beträgt die Wartezeit für eine Rekonstruktionsoperation in Europa etwa zwei Jahre, was auf die Komplexität der Operation und die Notwendigkeit zurückzuführen ist, plastische Chirurgen und Allgemeinchirurgen (Onkologen) in die Behandlungsplanung einzubeziehen. Mit den AkiMed-Implantaten ist all dies nicht mehr notwendig, da das Implantat nach der Entfernung des Tumors einfach eingesetzt werden kann.

3DN: Können Sie uns mehr über Ihre AkiMed™-Brustimplantate erzählen? Wie viele Frauen haben bereits von diesen Fortschritten profitiert?

Derzeit befindet sich AkiMed™ in der präklinischen Phase, was bedeutet, dass unsere Implantate zunächst an Tiermodellen getestet und validiert werden, bevor sie beim Menschen zum Einsatz kommen. Obwohl noch keine Implantationen bei Frauen durchgeführt wurden, sind die präklinischen Ergebnisse vielversprechend und zeigen eine ausgezeichnete Biokompatibilität und Wirksamkeit bei der Regeneration von Fettgewebe.

Unsere Vision ist es, dass AkiMed™-Implantate nach Abschluss der klinischen Phasen und Erhalt der erforderlichen behördlichen Zulassung eine neue und revolutionäre Option für Tausende von Frauen bieten werden, die sich nach einer Krebserkrankung einer brusterhaltenden Operation unterziehen. Diese Implantate werden nicht nur den chirurgischen Eingriff vereinfachen, indem sie die Anzahl der erforderlichen Operationen reduzieren, sondern auch die Genesungszeiten und ästhetischen Ergebnisse für die Patientinnen deutlich verbessern.

3DN: Ist der 3D-Druck Ihrer Meinung nach das Werkzeug der Zukunft in der Medizin?

Der 3D-Druck verändert definitiv die Zukunft der Medizin. Seine Fähigkeit, maßgeschneiderte Lösungen zu schaffen, von Implantaten über Prothesen bis hin zu biogedruckten Geweben, revolutioniert die Behandlung vieler Krankheiten. Bei Akira Science haben wir uns auf die Entwicklung biologisch abbaubarer Implantate konzentriert, die die natürliche Regeneration von Weichgewebe erleichtern. Diese Technologie reduziert nicht nur die Operationszeit und die Krankenhauskosten, sondern verbessert auch die klinischen Ergebnisse für die Patienten. Mit den Fortschritten in der Biokompatibilität und der Integration des 3D-Drucks mit fortschrittlichen Biomaterialien sehen wir ein enormes Potenzial für seine Anwendung in der rekonstruktiven Chirurgie, der Organregeneration und der personalisierten Medizin. Ich möchte hinzufügen, dass ich das Glück hatte, aus nächster Nähe miterleben zu können, wie der 3D-Druck immer näher an den Patienten rückt. Ich habe meine Doktorarbeit am AM4Life Competence Centre geschrieben, wo mehr als 30 Universitäten, Unternehmen und Krankenhäuser Seite an Seite daran arbeiten, den 3D-Druck von der Prävention/Früherkennung bis zur endgültigen Operation zu implementieren.

3DN: Haben Sie noch ein paar abschließende Worte an unsere Leserschaft?

Ich möchte betonen, dass Innovationen in der Medizin immer im Dienste der Patienten stehen und deren Lebensqualität durch fortschrittliche und personalisierte Lösungen verbessern sollten. Wir bei Akira Science glauben, dass die Zukunft in der Kombination aus Personalisierung und transformativer Innovation liegt, indem Wissenschaft und Technologie integriert werden, um auf echte medizinische Bedürfnisse einzugehen. Wir möchten die Leser einladen, unseren Weg zu verfolgen und Teil dieser Revolution in der regenerativen Medizin zu werden. Darüber hinaus sind wir überzeugt, dass der Erfolg in diesem Bereich von der Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Disziplinen abhängt, in der jede Stimme zählt und jede Perspektive einen Mehrwert darstellt. Wir glauben an eine integrative Technologie, die nicht nur die aktuellen Behandlungen optimiert, sondern auch die Standards der medizinischen Versorgung neu definiert. Die Zukunft der Medizin wird heute gestaltet, und gemeinsam können wir sie vorantreiben!

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*Bildnachweise: Akira Science