Schweizer Forscher der ETH Zürich haben mit Hilfe von dem DLP-3D-Druckverfahren auf den Patienten maßgeschneiderte, bioresorbierbare Atemwegsstent entwickelt. Der für den 3D-Druck eingesetzt biokompatible Harz ist flexibel genug um die Luftröhre zu ersetzen und kann aufgrund des Einsatzes von 3D-Druck schnell, günstig und passgenau für den Patienten angefertigt werden.

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Die Eidgenössische Technische Hochschule ETH Zürich hat in Zusammenarbeit mit dem Universitätsspital Zürich und der Universität Zürich einen maßgeschneiderten, bioresorbierbaren Atemwegsstent entwickelt. Das berichtet die ETH Zürich.

Die kleinen Geräte bestehen aus einem biokompatiblen Harz, das flexibel genug ist, um die Luftröhre zu ersetzen. Nach der Operation zieht der Stent in den Körper ein und ersetzt den chirurgischen Eingriff, der zur Entfernung des Stents nötig wäre. Die wissenschaftliche Arbeit wurde auch unter dem Titel „Digital light 3D printing of customized bioresorbable airway stents with elastomeric properties“ im Magazin „Science Advanced“ veröffentlicht.

Großer Fortschritt bei der Verwendung von DLP im menschlichen Körper

Die maßgeschneiderten Stents werden mithilfe des Digital Light Processing-3D-Druckverfahrens (DLP) basierend auf CT-Scans der Patienten mit dem 3D-Drucker hergestellt. Beim verwendeten Material handelt es sich um ein Doppelpolymer-Photoink (Oligomer).

Die WissenschaftlerInnen führten auch Zytokompatibilitätstests und In-vivo-Studien an Kaninchen durch. Die Atemwegsstents der ETH Zürich werden auf einem Asiga PICO2 gedruckt, was einen großen Fortschritt bei der Verwendung von DLP im Körper darstellt.

Während 3D-gedruckte Stents schon erfolgreich bei Patienten mit Speiseröhrenkrebs eingesetzt werden konnten, gibt es mittlerweile auch selbstexpandierende Formgedächtnis-Nitinol-Stents, selbstexpandierende Stents für pädiatrische Patienten, FDM-PLA- und PCL-Stents für kardiovaskuläre Anwendungen, PVA-Stents sowie Stents für abdominale Aortenaneurysmen. Aktuell arbeiten Wissenschaftler auch daran, Stents mithilfe der Carbon-Technologie herzustellen.

Das Ziel: Programmierbare Formgedächtnislegierungen

3D-gedruckte Stents
Der 3D-Druck ermöglicht nicht nur die schnelle Verfügbarkeit und Passgenauigkeit der Atemwegsstents, er macht auch unterschiedliche Design möglich (Bild © aus Paunovic N, et al. ScieAdv, 2020, von der Website www.ethz.ch).

Das Ziel der Forscher sind selbstexpandierende Stents, bei denen es um Formgedächtnislegierungen bzw. 4D-Druck handelt. Durch das Formgedächtnis sollen die winzigen faltbaren Stents beispielsweise über Schlüssellochoperationen einfach implantiert werden können. Sie könnten dann so programmiert werden, dass sie sich nach der Implantation ausklappen, um ihre volle Funktion zu entfalten.

Auf einem medizinischen Stent könnten die Zellen vorgedruckt sein, um das Zellwachstum zu beschleunigen. Über ein solches Implantat könnten auch Medikamente im Körper verteilt werden, die natürliche Reaktion des Körpers fördern oder Reaktionen wie Entzündungen oder Abstoßungen reduzieren.

Bioresorbierbarkeit und 4D-Druck sorgen für Durchbruch

Stents sind insgesamt eine aufregende Anwendung, die uns viel näher liegt als viele andere Bioprinting– oder 3D-Drucktechnologien für In-the-Body-Anwendungen. Die Kombination von 4D-Druck, gedruckter Medizin und Bioresorbierbarkeit könnte in den nächsten Jahren ihren wahren Durchbruch erleben.

Auf der materialtechnologischen Seite sorgte die Flexibilität bei DLP-Harzen lange Zeit für Schwierigkeiten, wobei auch die Verwendung von Stereolithographie (SLA) und DLP im Körper aufgrund der Biokompatibilität der Zellen problematisch war. Fortschritte bei der Biokompatibilität bei SLA und DLP könnten auch in der Zahnmedizin sowie anderen Medizinbereichen Anwendung finden.

Obwohl Aufsichtsbehörden immer noch damit zögern, 3D-gedruckte Stents zu genehmigen, ist der Fortschritt dank bioresorbierbaren Strukturen, die den Körper bei der Heilung unterstützen, durchaus vielversprechend.

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