Der Einsatz des 3D-Drucks in der Augenheilkunde

Die additive Fertigung konnte in der Medizin schon öfter mit ihren beeindruckenden Vorteilen überzeugen. Immer mehr Patienten profitieren von dem Einsatz dieser Technologie. Bisher fand der 3D-Druck besonders bei der Entwicklung von Implantaten und Prothesen, der Herstellung von Gewebe, Organen und Medikamenten, sowie  in der Operationsplanung Anwendung – so berichteten wir Ihnen bereits über 3D-gedruckte Wundauflagen für Krebspatienten oder 3D-gedruckte Pillen mit zeitgesteuerter Wirkstofffreisetzung.

Kürzlich präsentierten Wissenschaftler des Centre for Ocular Research & Education (CORE) von der Universität von Waterloo in Ontario, Kanada auf der ARVO-Jahrestagung 2023 potenzielle Einsatzmöglichkeiten des 3D-Drucks in der Augenheilkunde. Darunter die Entwicklung eines 3D-Augenmodells, mit welchem die Verabreichung und Aufnahme von Medikamenten über das Auge getestet werden sollen. Werfen wir einen genaueren Blick auf dieses Vorhaben. 

Der 3D-Druck überzeugt in der Augenheilkunde mit seiner Flexibilität und Personalisierung (Bild: Freepik)

Wie bereits erwähnt, bietet der 3D-Druck viele Vorteile in jeglichen Anwendungen der Medizin. Dabei betont Dr. Alex Hui, Leiter der Biowissenschaften der Universität besonders die Flexibilität und die Personalisierung: „Aus der Sicht des Verbrauchers ermöglicht der 3D-Druck die Herstellung von Medizinprodukten am Ort der Behandlung, z. B. im Büro oder zu Hause. Die nützlichste Anwendung wird in Situationen sein, in denen ein individuelles, einmaliges oder spezielles Design für einen bestimmten Patienten benötigt wird. Wir stellen uns vor, dass diese Technologie in den Bereichen Sklerallinsen, Orthokeratologie und Medikamentenverabreichung, in denen individuelle und personalisierte Produkte sehr wünschenswert sind, von Bedeutung sein könnte. Auch Produkte mit kurzer Haltbarkeit oder Produkte, deren Herstellung Wochen oder Monate dauert, könnten von dieser Technologie profitieren.“

Die Forscher präsentierten die Herstellung von 3D-gedruckten PDMS-Mikrofluidik-Chips aus Polydimethylsiloxan, einem Polymer auf Siliciumbasis. Dieser Chip soll die Reaktion der Augenzellen auf bestimmte Bedingungen testen, um so Kontaktlinsen herzustellen, die in der Lage sind Medikamente über das Auge hin zu verabreichen. Hui erklärt, dass Mikrofluidische Geräte zunehmend in der Forschung und Diagnostik eingesetzt werden. Er erklärt die Wirkungsweise dieser anhand des Prinzips von COVID-Teststreifen, bei denen nur eine kleine Menge Flüssigkeit für die Informationsgewinnung benötigt wird. „Die aus PDMS hergestellten Teststreifen werden vor allem für die Forschung mit Zellen verwendet, aber das herkömmliche Verfahren zur Herstellung von mikrofluidischen PDMS-Geräten ist recht langwierig und teuer. CORE nutzt den 3D-Druck, um diesen Prozess zu vereinfachen, so dass wir Designelemente herstellen können, die mit herkömmlichen Methoden nicht möglich wären„, so Hui. „Wir verwenden diese PDMS-Chips, um neue Medikamente und Produkte an Zellen auf ihre Sicherheit und Wirksamkeit hin zu testen und zu überprüfen. Wir können diese Chips in Zukunft auch als Diagnoseinstrument entwerfen, beispielsweise zum Nachweis von Tränenfilm-Biomarkern für bestimmte Augenkrankheiten, und zwar in relativ kurzer Zeit vom Entwurf bis zu den ersten Prototypen.“

Der 3D-Druck von Kontaktlinsen und Augenmodellen

Ein weiteres Projekt, welches präsentiert wurde, ist der Biodruck von biologisch abbaubaren Kontaktlinsen. Als Test wurden zunächst besonders dünne und weiche Linsen gedruckt. Dadurch konnten die Wissenschaftler potenzielle Fehler und Herausforderungen erkennen, um sie im späteren Verlauf bei der Herstellung von Skleral-Linsen und Ortho-K-Linsen, also harten Linsen, zu vermeiden. Zudem entwickelten sie ein Augenmodell aus weichem Hydrogel, welches der natürlichen Oberfläche der Hornhaut und der Sklera (oder Lederhaut) des Auges ähnelt. Mithilfe dieses Augenmodells soll nun die Verabreichung sowie die Aufnahme von Augenmedikamenten getestet werden.

Mithilfe des Augenmodells, können die Wissenschaftler auch den hinteren Teil des Auges gut erkennen.

„Es gibt viele Studien, bei denen wir verstehen müssen, wie Medikamente diffundieren und in den hinteren Teil des Auges eindringen, und es gab bisher keine Möglichkeit, dies zu simulieren„, erklärt Hui. „Durch das Experimentieren mit verschiedenen Biotintenformulierungen können wir jetzt einen Hydrogel-Augapfel mit hohlen Strukturen, die die vordere und hintere Augenkammer simulieren, in 3D drucken. Weitere Fortschritte werden uns dabei helfen, verschiedene Methoden zur Verabreichung von Medikamenten an den hinteren Teil des Auges zu untersuchen. Wir hoffen, dass wir im weiteren Verlauf unserer Arbeit Modelle nicht nur für die Forschung, sondern auch für Ausbildungszwecke herstellen können, so dass Kliniker an ihnen Techniken erlernen und üben können, bevor sie mit Patienten interagieren.„

Mehr Informationen erhalten Sie in der Pressemitteilung HIER.

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*Titelbildnachweis: Freepik