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Herzchirurgie

Künstliche Herzklappen aus dem 3D-Drucker wachsen mit

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Biologisch abbaubare Herzklappen-Trägergerüste

Das Team verwendet zum Drucken als Polymer natürlich medizinisch zugelassenes Polycaprolacton (PCL), weil dieses Kunststoffmaterial mit Zellen kompatibel ist und biologisch abgebaut wird. Man hofft, dass nach der Implantation der PCL-Herzklappen körpereigene Zellen auf dem porösen Trägergerüst wachsen, die dann möglicherweise neues Gewebe bilden, bevor sich die PCL-Struktur abbaut. In ersten Zellkulturstudien konnte bereits Zellwachstum auf dem Trägergerüst beobachtet werden.

Das PCL-Trägergerüst ist außerdem in ein elastinartiges Material (ein elastisches Faserprotein, das aus Polypeptiden besteht) gebettet, das die Eigenschaften des körpereigenen Elastins in echten Herzklappen imitiert. Außerdem hat es Mikroporen, die feiner sind als die des PCL-Gerüsts. Das schaffe Raum, damit die Zellen sich ansiedeln könnten, doch gleichzeitig seien die Klappen auch dicht genug, um den Blutstrom nicht zu hemmen. Die 3D-gedruckten Herzklappen wurden, um das zu überprüfen, in einem künstlichen Kreislaufsystem getestet, das den körpereigenen Blutstrom und -druck simuliert. Unter den untersuchten Bedingungen öffneten und schlossen sich die Herzklappen ordnungsgemäß.

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So macht man die künstlichen Herzklappen im MRT sichtbar

Der PCL-Werkstoff wurde außerdem weiterentwickelt und evaluiert. Daran beteiligt waren Franz Schilling, Professor für Biomedizinische Magnetresonanz, und Sonja Berensmeier, Professorin für Selektive Trenntechnik an der TU München. Sie modifizierten das PCL mit superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln, um die neuartigen Trägergerüste mithilfe der bildgebenden Magnetresonanztechnologie (MRT) sichtbar machen. Der Werkstoff sei auch mit dieser Modifizierung weiterhin druckbar und mit Körperzellen kompatibel. Das könnte den Einsatz dieser Technik in Kliniken erleichtern, weil auf die Gerüste während der Implantation sichtbar gemacht werden können.

Der nächste Schritt in Richtung Klinikeinsatz wird durch präklinische Studien im Tiermodell getan, wie es heißt. Das Team arbeitet außerdem daran, die Technologie noch weiter zu verbessern und weitere Biowerkstoffe zu entwickeln.

Literatur

Saidy, N. T., Fernández-Colino, A., Heidari, B. S., Kent, R., Vernon, M., Bas, O., Mulderrig, S., Lubig, A., Rodríguez-Cabello, J. C., Doyle, B., Hutmacher, D. W., De-Juan-Pardo, E. M., Mela, P., Spatially Heterogeneous Tubular Scaffolds for In Situ Heart Valve Tissue Engineering Using Melt Electrowriting. Adv. Funct. Mater. 2022, 2110716. https://doi.org/10.1002/adfm.202110716

Mueller, K. M. A., Topping, G. J., Schwaminger, S. P., Zou, Y., Rojas-González, D. M., De.Juan-Pardo, E., Berensmeier, S., Schilling, F., Mela, P., Visualization of USPIO-labeled melt-electrowritten scaffolds by non-invasive magnetic resonance imaging, Biomater. Sci. 2021, 9, 4607-4612. https://doi.org/10.1039/D1BM00461A

(ID:48405549)

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