Forscher 3D-drucken Herzklappen, die mit dem Patienten mitwachsen

Forscher der Technischen Universität München (TUM) und der University of Western Australia entwickeln 3D-gedruckte künstliche Herzklappen aus patienteneigenen Zellen, die mit dem Alter des Patienten wachsen. Der Ansatz soll die Nachteile herkömmlicher künstlicher Herzklappen beseitigen, die nur eine begrenzte Anzahl von Jahren halten und daher mehrere Ersatzoperationen erfordern.

Melt Electrowriting (MEW) ist eine fortschrittliche additive Fertigungstechnologie, mit der sich mikroskopisch kleine Fasern abscheiden lassen. Dabei werden ein elektrisches Feld, Temperatur und Druck kombiniert, um einen geladenen Strahl aus geschmolzenem Polymer zu erzeugen.

Die Forscher nutzten die Technik, um Mikrofasern, die weniger als ein Zehntel der Dicke eines menschlichen Haares haben, mit äußerster Präzision in einem vorgegebenen Raster abzuscheiden. Dadurch entstand ein Gerüst, welches ausgezeichnete Eigenschaften aufwies. Das Melt Electrowriting bietet erhebliche Vorteile gegenüber anderen faserbildenden Verfahren wie dem herkömmlichen Electrowriting, da es die Herstellung von Gerüsten mit einstellbaren mechanischen Eigenschaften, Makroporositäten und Strukturen für eine breite Palette von Anwendungen ermöglicht.

Herzklappenerkrankungen sind laut der Weltgesundheitsorganisation (WHO) eine häufige Erkrankung. In Fällen gibt es Beschädigungen an den Herzklappen, die nur durch die Implementierung einer künstlichen Herzklappe behandelt werden können. Solche Klappen haben jedoch eine begrenzte Lebensdauer, so dass sich die Patienten mehreren chirurgischen Eingriffen unterziehen müssen, um sie zu ersetzen. Dieses Problem tritt vor allem bei jungen pädiatrischen Patienten auf, da sie mit dem Wachstum ihres Körpers neue Klappen benötigen.

Der regenerative Ansatz des Forschungsteams für das Tissue-Engineering von Herzklappen zielt darauf ab, die Grenzen der derzeitigen mechanischen und biologischen Klappenprothesen zu überwinden, indem eine Klappe hergestellt wird, die mit dem Patienten wachsen kann. Um dies zu erreichen, mussten die Gerüste mit einer ausreichenden Porosität gedruckt werden, damit die Zellen in die Struktur eindringen und gedeihen konnten.

Für die Modelle setzte das wissenschaftliche Team auf die Melt Electrowriting und erreichten vielversprechende Ergebnisse. Weitere Informationen über die Studie finden findet man in dem wissenschaftlichen Paper “Spatially heterogeneous tubular scaffolds for in situ heart valve tissue engineering using melt electrowriting“, die in der Zeitschrift Advanced Functional Materials veröffentlicht wurde. Die Studie wurde von N. Saidy, A. Fernandez-Colino, B. Heidari, R. Kent, M. Vernon, O. Bas, S. Mulderrig, A. Lubig, J. Rodriguez-Cabello, B. Doyle, D. Hutmacher, E. De-Juan-Pardo und P. Mela verfasst.