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Herzchirurgie Künstliche Herzklappen aus dem 3D-Drucker wachsen mit

Quelle: Pressemitteilung

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Forscher haben es geschafft, Gerüste für bioinspirierte künstliche Herzklappen aus dem 3D-Drucker zu entwickeln. Im Patienten soll so neues Gewebe aus körpereigenen Zellen gebildet werden können.

Der Prozess des Melt Electrowriting läuft ab. Das Besondere ist die bewegliche Auffangplatte, die einen feinen PCL-Schmelzestrahl in zuvor programmierte Bahnen zwingt. So entsteht etwa diese filigrane, netzartige Struktur.
Der Prozess des Melt Electrowriting läuft ab. Das Besondere ist die bewegliche Auffangplatte, die einen feinen PCL-Schmelzestrahl in zuvor programmierte Bahnen zwingt. So entsteht etwa diese filigrane, netzartige Struktur.
(Bild: TUM / A. Heddergott )

Zur Herstellung dieser Gerüste nutzt man ein spezielles additives Fertigungsverfahren namens Melt Electrowriting. Damit, wird betont, schuf das Team um die Professorinnen Petra Mela von der TU München und Elena De-Juan Pardo von der University of Western Australia, eine neuartige Produktionsplattform. Diese ermögliche es, verschiedene hochpräzise Muster zu kombinieren und so die mechanischen Eigenschaften des Gerüsts zu optimieren. Langfristig sollen so mitwachsende Herzklappenimplantate entstehen, die speziell für Kinder eine lebenslange, nachhaltige Therapieoption darstellen werden.

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Heterogener Herzklappenbau erstmals nachgebildet

Im menschlichen Körper sorgen vier Herzklappen dafür, dass das Blut in die richtige Richtung gelenkt wird, erklären die Mediziner. Es sei dabei entscheidend, dass die Herzklappen sich richtig öffnen und schließen. Damit das klappt, ist das Herzklappengewebe heterogen aufgebaut, was bedeutet, dass die Herzklappen innerhalb ihrer Struktur verschiedene biomechanische Eigenschaften haben. Diese nachzuahmen war bisher nicht trivial.

Die Forscher haben aber nun erstmals diese heterogene Struktur mit dem oben genannten 3D-Druckverfahren imitieren können. Dazu haben sie die Fertigungsplattform entwickelt, die das hochpräzise Drucken von individuellen Mustern und Kombinationen davon ermöglicht. So ist man in der Lage, die verschiedenen mechanischen Eigenschaften innerhalb der Grundstruktur einer Herzklappe genau anzupassen, wie die Protagonisten erklären.

Mit Hochspannung mikrofeine Fasern drucken

Das Melt Electrowriting ermöglicht also die Herstellung präziser und individueller Gerüststrukturen. Bei diesem recht neuartigen Prozess aus der Welt der additiven Fertigung wird elektrische Hochspannung eingesetzt, um präzise Muster aus einer sehr dünnen Polymerfaser zu bilden. Das Polymer (Kunststoff) wird erwärmt, schmilzt dabei und wird als fließfähiger Strahl aus einem Druckkopf gepresst, fassen die Experten zusammen.

Währenddessen wirkt ein elektrisches Hochspannungsfeld ein, mit dem der Durchmesser des Polymerstrahls variiert werden kann, indem das Feld den Polymerschmelzestrahl in Richtung einer Auffangvorrichtung beschleunigt. So können sehr dünne Fasern erzeugt werden, deren Durchmesser typischerweise im Bereich von 5 bis 50 Mikrometern liegt. Außerdem stabilisiert das elektrische Feld den Polymerstrahl. Das ist eine Voraussetzung, um damit klar definierte und präzise Muster zu erzeugen.

Das „Schreiben“ von vordefinierten Mustern mit dem Faserstrahl erfolge über eine computergesteuerte Auffangplattform, die sich dabei bewegt. Sie fängt die austretende Faser dabei in einem klar definierten Muster auf, was man sich ähnlich wie bei einer Scheibe Brot vorstellen kann, die unter einem tropfenden Löffel Honig hin- und her bewegt wird. Vorgegeben wird dieser Pfad durch vom Anwender programmierte Koordinaten.

Damit dabei der Programmierungsaufwand nicht ausufert, haben die Forscher auch eine Software entwickelt, mit der es möglich ist, verschiedenen Bereichen des Gerüsts einer Herzklappe einzelne Muster zuzuordnen. Verfügbare Muster können dafür aus einer Sammlung ausgewählt werden. Auch können geometrische Spezifikationen wie Länge, Durchmesser und Querschnitt des Trägergerüsts, wie es weiter heißt, ganz einfach über eine grafische Benutzeroberfläche angepasst werden.

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