Forschende des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben Anfang 2023 3D-gedruckte Replikate von Herzen entwickelt, welche individuell auf den Patienten abgestimmt sind. Diese Soft-Roboter-Modelle können Ärztinnen und Ärzten dabei helfen, das am besten geeignete Implantat für eine bestimmte Person auszuwählen.
Der Prozess dahinter ist relativ einfach: Zunächst werden medizinische Bilder des Herzens eines Patienten erstellt und in ein dreidimensionales Computermodell umgewandelt. Anschließend wird das Modell mit flexibler Tinte ausgedruckt. Doch wie kann die Pumpleistung des Herzens imitiert werden?
Blutdruckmanschetten als Vorbild
Das Forschungsteam hat sich dabei von einem langjährigen medizinischen Gerät inspirieren lassen.
Das gedruckte Herz und die Aorta werden mit speziellen Manschetten umwickelt, ähnlich wie bei Blutdruckmanschetten. Die Manschetten besitzen viele kleine Bläschen auf ihrer Unterseite, die in einem genauen Muster angeordnet sind. Die Struktur erinnert an eine Luftpolsterfolie, bei der durch gezielte, rhythmische Ein- und Ausströmung von Luft die Pumpfunktion des Herzens nachgeahmt wird. Hierfür wird die Folie an ein pneumatisches System angeschlossen.
“Es war sehr ermutigend, dass wir in der Lage waren, die Strömungen und Drücke der Patienten nachzuahmen”, berichtet Ellen Roche. “Wir drucken nicht nur die Anatomie des Herzens, sondern auch seine Mechanik und Physiologie nach. Das ist der Teil, der uns am meisten begeistert.”
Das Forschungsteam erhielt durch die Verwendung dieser Luftpolsterfolie auch die Möglichkeit, eine Verengung der Aorta zu simulieren, bekannt als Aortenstenose. Diese Technologie kann somit auch für die erfolgreiche Behandlung dieser Erkrankung genutzt werden.
Maßgeschneidertes Implantat möglich
Normalerweise erfordert dies die Implantation einer zusätzlichen, künstlichen Aortenklappe, bei der es jedoch unklar ist, ob diese tatsächlich die Funktion verbessern wird. Mit einem individuell gedruckten Modell des Herzens und der Aorta kann nun ein Funktionstest durchgeführt werden, um die beste Größe und Form des Implantats auszuwählen.
Das Team des MIT ist der Ansicht, dass diese Technologie auch für die Behandlung anderer Herzerkrankungen von Nutzen sein könnte.
Alle Herzen sind unterschiedlich”, weiß Luca Rosalia, seines Zeichens Doktorand im MIT-Harvard-Programm für Gesundheitswissenschaften und Technologie, zu berichten. “Es gibt enorme Unterschiede, vor allem, wenn die Patienten krank sind. Der Vorteil unseres Systems ist, dass wir nicht nur die Form des Herzens eines Patienten nachbilden können, sondern auch seine Funktion sowohl in der Physiologie als auch im Krankheitsfall.”
Die Koautoren dieser Studie sind Caglar Ozturk, Debkalpa Goswami, Jean Bonnemain, Sophie Wang und Ellen Roche vom MIT sowie Benjamin Bonner vom Massachusetts General Hospital, James Weaver von der Harvard University und Christopher Nguyen, Rishi Puri und Samir Kapadia von der Cleveland Clinic in Ohio.
Das Wichtigste über die neuesten Entwicklungen im medizinischen 3D Druck erfahren Sie immer auf unserem Blog.
Information zu den MaterialienDetaillierte Informationen zu unseren Materialien, ihren Eigenschaften und 3D Druckverfahren. |
Foto: jorge_romero_ortiz from Pexels
