Türkische Forscher 3D-Drucken künstliche Hornhaut für Transplantation

Ein Forscherteam der türkischen Marmara Universität hat eine für die Transplantation geeignete künstliche Hornhaut in 3D gedruckt. Mithilfe einer Aluminiumform und eines FFF-3D-Druckers wurde ein PVA-Chitosan-Hornhautkonstrukt mit den leichten Biegeeigenschaften der echten Hornhaut hergestellt.

Vorläufige Studien zur Biostabilität ergaben, dass die zusammengesetzten Strukturen mit menschlichen Stammzellen kompatibel waren und diese dazu anregten, sich zu Stromazellen zu entwickeln. Die Ergebnisse der Studie weisen auf ein großes Potenzial für die schnelle und kundenspezifische Herstellung von Hornhautkonstrukten für klinische Anwendungen hin.

Die Hornhaut ist die äußere Schutzschicht des Auges. Durch Verletzungen oder auch Infektionen kann es zu einer Hornhautblindheit kommen. Oft bleibt bei der Behandlung nur die Möglichkeit die komplette Hornhaut zu ersetzen. Weltweit sind über 10 Millionen Menschen von Erkrankungen betroffen, die eine Hornhauttransplantation zur Behandlung benötigen. Eine solche Operation birgt jedoch verschiedene Risiken. So kann eine Infektion auftreten oder der Körper kann die Hornhaut abstoßen. Zusätzlich müssen auch genügend gesunde Transplantate gefunden werden.

3D-Druck kann hier theoretisch einen Ausweg bieten. Mit dem Ziel, eine nachhaltige Alternative zu Hornhautspenden zu finden, kombinierte das Team zunächst Chitosan und PVA, um ein biokompatibles, elastisches, sauerstoffdurchlässiges Kompositmaterial für die Hornhäute zu bilden. Anschließend entwarfen die Forscher eine Aluminiumform in der Software SolidWorks und bearbeiteten diese, bevor ein 3D-Druck erfolgte. Die Form wurde verwendet, um die Form der Hornhaut zu perfektionieren, da der 3D-Druck mit der FFF-Technologie allein nicht die erforderliche Maßgenauigkeit liefern würde. Dann, mit unterschiedlichen Chitosan-Anteilen in der Mischung, wurde eine Reihe von Muster-Hornhautkonstrukten produziert.

Die 0,4 mm dicken Konstrukte wurden einer Rasterelektronenmikroskopie und UV-Spektrophotometrie unterzogen, um ihre optischen Eigenschaften zu bestimmen, wobei weitere Biokompatibilitätstests mit menschlichen Stammzellen die klinische Durchführbarkeit bestimmten. Die Ergebnisse zeigten, dass die PVA-Hornhäute die richtige Größe und Form für eine präzise Lichtbrechung hatten, und es wurde festgestellt, dass die Lichtdurchlässigkeitswerte mit zusätzlichem Chitosangehalt abnahmen. Die Zugfestigkeit nahm ebenfalls mit zunehmendem Chitosangehalt ab, aber die Konstrukte konnten alle den typischen Augeninnendruck problemlos aushalten.

Das eigentliche Potenzial der Studie ergibt sich jedoch aus dem Biokompatibilitätstest, da die gedruckten Strukturen auch nach 30 Tagen Abbau noch mit den Stammzellen kompatibel waren. Bei entsprechender Pflege konnten sich die Stammzellen zu einer nutzbaren Stroma-Schicht differenzieren, die den natürlichen Heilungsprozess des Körpers nach der Transplantation unterstützt. Das Team kam zu dem Schluss, dass ihre Arbeit mit weiteren Entwicklungen zu einer sichereren und nachhaltigeren Methode der Behandlung von Hornhautblindheit führen könnte.