3D-gedrucktes Miniaturherz als Hilfe für die Erforschung von Herzkrankheiten

Ein Team unter Leitung der Boston University hat eine winzige Nachbildung einer lebenden Herzkammer entwickelt, um das echte Organ genauer nachzubilden und einen Sandkasten für die Erprobung neuer Therapien für Herzkrankheiten zu schaffen. Dabei setzten die Wissenschaftler auch auf 3D-Druck-Technologien.

Das Gerät mit dem Namen “cardiac miniaturized Precision-enabled Unidirectional Microfluidic Pump” (miniPUMP) wurde aus einer Kombination von aus Stammzellen gewonnenen menschlichen Herzzellen und mikroskopisch kleinen 3D-gedruckten Acrylteilen hergestellt. Die miniPUMP ist so konzipiert, dass sie sich wie eine echte Herzkammer verhält und nicht auf externe Energiequellen angewiesen ist, sondern dank ihres lebenden Gewebes von selbst schlägt.

Die Forscher glauben, dass sie durch ihre Nachbildung besser das menschliche Herz verstehen können. So können nicht nur Krankheiten besser untersucht werden, sondern es können auch Tests vorgenommen werden ohne, dass ein Mensch erforderlich ist. Die miniPUMP ist nur drei Quadratzentimeter groß und besteht aus einem Acrylgerüst, das mit dem Zwei-Photonen-Laserdirektdruckverfahren, einer sehr präzisen Form des Mikro-SLA, gedruckt wurde. Die winzigen Acrylventile im Inneren öffnen und schließen sich, um den Flüssigkeitsstrom zu steuern, während die Miniaturschläuche als Arterien und Venen dienen. Um das Ganze zum Schlagen zu bringen, haben die Forscher auch Herzmuskelzellen, so genannte Kardiomyozyten, integriert, die aus pluripotenten Stammzellen differenziert wurden.

Die Entscheidung, die miniPUMP so klein zu machen, war eine bewusste Entscheidung, da die 3D-gedruckten Acrylgerüste stark genug sein mussten, um die Struktur zu stützen, aber dünn genug, um sich mit dem sich zusammenziehenden Herzgewebe zu biegen und zu bewegen.

Als nächste Schritte will das miniPUMP-Forschungsteam die Technologie verfeinern und Wege finden, sie zuverlässig herzustellen. Die Arbeit kann schließlich auch auf implantierbare Patches angewendet werden, die Herzfehler und ähnliche Erkrankungen in anderen Organen wie der Leber beheben können.