Mikro-3D-Druck 3D-gedrucktes Medizingerät zeichnet neuronale Aktivitäten von Mäusen auf

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Das Unternehmen Nano Dimenion hat für eine Studie von drei Forschungseinrichtungen ein mikro-3D-gedrucktes medizinisches Gerät entwickelt, das neuronale Aktivitäten bei Mäusen exakt aufzeichnet. Die Präzision und Auflösung der Mikro-3D-Drucktechnologie ersparte dem Forscherteam mehrere Monate Arbeit.

Nano Dimension Ltd., Anbieter von 3D-Druck-Lösungen für additiv gefertigte Elektronik (AME) und die additive Fertigung (AM) von Polymer-, Metall- und Keramikprodukten, hat drei Forschungseinrichtungen in Kanada und Frankreich mit seinen Fabrica-Mikro-3D-Drucksystemen bei einem Projekt unterstützt. Die Studie, in deren Mittelpunkt die exakte Aufzeichnung der neuronalen Aktivitäten bei Mäusen steht, zielt darauf ab, die an der Verarbeitung somatosensorischer Informationen beteiligten neuronalen Kreisläufe und Mechanismen zu untersuchen. Die Ergebnisse verdeutlichen die Rolle von Fertigungslösungen in der biomedizinischen Forschung und bei der Entwicklung moderner Medizinprodukte.

Nach Angaben des Forschungsteams ist die Herstellung kleiner bzw. mikromedizinischer Geräte für Forschungsprojekte aufgrund ihrer Größe, Maßanforderungen und komplexen Merkmale mit erheblichen Herausforderungen verbunden. In diesem Fall musste das Team eine Miniaturklammer entwerfen, die zwei Elektroden sicher am Wirbel einer Maus fixieren konnte. Bislang wurden nur wenige Versuche unternommen, die elektrischen Aktivitäten von Dorsalhornneuronen bei Tieren im Wachzustand zu erforschen. „Die Aufzeichnung der elektrischen Aktivität von Neuronen im Rückenmark eines Tieres im Wachzustand ist nicht einfach, nicht nur, weil die Maus sich beim Laufen und Atmen bewegt, sondern auch wegen der eingeschränkten Zugänglichkeit des betreffenden Bereichs“, erklärt Louison Brochoire, Doktorand an der Universität Bordeaux in Frankreich.

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Präzise Anforderungen an die Klammer erfordern alternative Lösung

Die Herstellung eines Geräts, das Elektroden bei gleichbleibender Präzision und Funktionalität wirksam stabilisieren konnte, war mit herkömmlichen Herstellungsverfahren nur mit großem Aufwand möglich. Auf der Suche nach einer alternativen Lösung wandte sich das Forscherteam an das Unternehmen Nano Dimension.

Die Komplexität des Designs erforderte präzise Abmessungen, darunter Öffnungen für die Elektroden mit einem Durchmesser von 110 µm in einem Teil, das lediglich 2,7 mm breit war. Mit seinen Fabrica-3D-Druckern, die präzise und funktionelle Teile mit geringen Toleranzen und einer Pixelgröße von 4 µm sowie einer Schichthöhe von 1 bis 10 µm herstellen können, war Nano Dimension in der Lage, die erforderliche Klammer erfolgreich zu drucken. Verwendet wurde das biokompatible Material Fabrica Medical M-810. Das Material ist nicht zytotoxisch, d. h., es ist nicht schädlich für lebende Zellen, und eignet sich daher perfekt für das vom Team benötigte Bauteil.

In nur einer Woche entstand ein funktionsfähiges Teil. Aus Sicht des Forschungsteams entsprach das Ergebnis genau den Anforderungen. „Entscheidend war v. a., präzise und extrem kleine Löcher in der Klammer fertigen zu können“, sagt Brochoire. „Dieses Designmerkmal trug dazu bei, die durch die Atmung und die Bewegungen des Tieres verursachten Artefakte zu minimieren, die unser elektrisches Signal sonst gestört und die Analyse der Ergebnisse erschwert hätten.“

Dank der hohen Präzision und Auflösung der Mikro-3D-Drucktechnologie von Nano Dimension in Verbindung mit dem biokompatiblen Material M-810 war das Forscherteam in der Lage, ein neues Werkzeug zu entwickeln, um das Forschungsziel zu erreichen. Die Alternative wäre gewesen, durch Drucken und Modifizieren eines größeren Teils die gewünschten Eigenschaften zu erreichen. Dieser Prozess hätte wahrscheinlich mehrere Monate gedauert, was bei diesem Forschungsprojekt ein großes Problem gewesen wäre.

Das Forschungsteam

Neben Brochoire bestand das Forschungsteam aus Professor Pascal Fossat vom Institut des Maladies Neurodégénératives (IMN), Professor Yves De Koninck vom CERVO-Forschungszentrum in Québec, Professor Benoit Gosselin von der Universität Laval in Québec, Fakultät für Natur- und Ingenieurwissenschaften, Fachbereich Elektrotechnik und Computertechnik, und Juliette Viellard, Doktorandin von der Universität Bordeaux.

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