Forscher stellen bislang realistischste Organmodelle am 3D-Drucker her

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Einem Forscherteam der University of Minnesota in den USA ist es gelungen Organmodelle am 3D-Drucker herzustellen, welche über die exakte anatomische Struktur und mechanischen Eigenschaften von menschlichen Organen verfügen. Die patientenspezifischen 3D-gedruckten Nachbildungen sind zudem mit integrierten Sensoren versehen und unterstützen Medizinern so um chirurgische Eingriffe realitätsnah zu üben.

In ihrer Studie „3D Printed Organ Models with Physical Properties of Tissue and Integrated Sensors„, die im Fachjournal Advanced Materials Technologies veröffentlicht wurde, haben die Wissenschaftler basierend auf MRT-Aufnahmen realitätsnahe Organe gedruckt, die nicht nur wie ihre biologischen Gegenstücke aussehen, sondern sich auch so anfühlen. Diese 3D-gedruckten Nachbildungen patientenspezifischer Gewebe stellen damit eine realistische Möglichkeit dar, um Operationen bereits im Vorhinein praxisnahe zu proben.

„Wir entwickeln die nächste Generation von Organmodellen für die präoperative Praxis. Die von uns gedruckten Organmodelle sind hinsichtliche ihres Aussehens und ihrer Haptik beinahe eine perfekte Nachbildung echter Organe. Hergestellt werden sie auf dem eigens von uns gebauten 3D-Drucker,“ erklärt Michael McAlpine, Associate Professor für Maschinenbau an der Universität von Minnesota. „Wir glauben, dass diese Organmodelle bahnbrechend als Hilfestellung bei der Planung und Übung von chirurgischen Eingriffen sein könnten und hoffen, dass durch die Verminderung von medizinischen Fehlern während Operationen Menschenleben gerettet werden können.“

Derzeit werden die meistern 3D-gedruckten Organmodelle aus hartem Plastik oder gummiartigen Materialien hergestellt, was eine genauer Vorhersage des physischen Verhaltens während der Operation unmöglich macht. Sie sind zu hart zum Schneiden und Nähen und können zudem kein Feedback liefern.

In der Studie hat das Team basierend auf MRT-Daten und Gewebeproben der Prostata von drei Patienten maßgeschneiderte auf Silicon basierende Druckertinten entwickelt, die den mechanischen Eigenschaften des Gewebes der Patienten genau angepasst werden konnten. Nach dem 3D-Druck wurden die Modelle mit Sensoren ausgestattet um die Reaktion des künstlichen Gewebes auf Druck und die Auswirkung von verschiedenen chirurgischen Instrumenten messen zu können.

„Die Sensorgen gaben den Chirurgen Echtzeit-Feedback über die Kraft, die während des Eingriffs ausgeübt werden kann ohne das Gewebe zu beschädigen,“ erklärt Aiyan Qiu, Postdoc-Forscher an der Universität und Author der Studie. „Dies könnte die Art und Weise ändern, wie Chirurgen über personalisierte Medizin und präoperative Planung denken.“

Zukünftig hofft man diese neue Methode zum 3D-Druck von komplexeren Organen, die dann aus verschiedenen Tinten hergestellter werden, anwenden zu können. McAlpine geht sogar einen Schritt weiter:

„Wenn wir die Funktionen dieser Gewebe und Organe replizieren können, wären wir eines Tages sogar in der Lage bionische Organe für Transplantationen herzustellen. Ich nenne es das „Human X2 Projekt. Es klingt zwar ein bisschen wie Science Fiction, wenn diese synthetischen Organe wie echte aussehen, sich so anfühlen und verhalten sehen wir aber kein Hindernis, warum diese nicht bei Bedarf 3D-gedruckt werden könnten um echte Organe zu ersetzen.“