Ein internationales Forscherteam hat gemeinsam am 3D-Druck koaxialer Hydrogel-Pflaster gearbeitet, um eine bessere und effizientere Krebsbehandlung zu ermöglichen. Ihr Ziel war es außerdem, den hohen Dosierungsbedarf und Nebenwirkungen zu reduzieren. Wir stellen die Forschungsergebnisse einmal vor.

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Forscher sind schon lange auf der Suche nach einer adäquaten Lösung für den Ersatz der traditionellen systemischen Medikamentenabgabe bei der Krebsbehandlung. Diese ist oft mit einem hohen Dosierungsbedarf, geringer Resorption und Nebenwirkungen verbunden. Bei der Krebsbehandlung spielen das Stadium und die Art des Krebses eine wichtige Rolle. Die Behandlung soll inoperable Krebszellen verkleinern, um sie operabel zu machen. Das Tumorwachstum nach chirurgischer Resektion soll verhindert und zirkulierende Krebszellen im peripheren Kreislauf bei Patienten mit Metastasen eliminiert werden.

Ein internationales Forscherteam hat nun den Einsatz von mit 3D-Druck hergestellten Hydrogel-Pflastern untersucht, mit denen die Medikamente lokal an die Tumorstelle abgegeben und Nebenwirkungen deutlich reduziert werden. Ihre Arbeit haben sie in der Fachzeitschrift Polymers mit dem Titel „3D-Printed Coaxial Hydrogel Patches with Mussel-Inspired Elements for Prolonged Release of Gemcitabine„.

Details zu den 3D-gedruckten Hydrogel-Pflastern

Mit Hilfe spezieller 3D-Drucker sind Forscher in der Lage, geometrische komplizierte Strukturen zu konstruieren und mit vielen Biopolymeren wie hydrophoben thermoplastischen Polymeren wie PCL und PLA mit hydrophilen Hydrogelen (wie Alginat, Chitosan und Gelatine) zu arbeiten. Die Forscher druckten ein einzigartiges koaxiales Hydrogel-Pflaster in 3D und schufen eine Plattform für die kontinuierliche Verabreichung von Gemcitabin (einem Chemotherapeutikum). Das Zentrum dieser Patches enthielt ein dopaminmodifiziertes Alginatmethacrylat, gefüllt mit Gemcitabin, während die Hülle vollständig aus Alginatmethacrylat bestand.

Schema der 3D-gedruckten Hydrogel-Pflaster
Schematische Darstellung des 3D-Drucks koaxialer Hydrogel-Pflaster, ihrer Morphologie und der anschließenden In-vitro- und In-vivo-Tests (im Bild: schematische Darstellung)(Bild © Polymers).

Mit einem CaCO 3-Vernetzer und einer PLA-Beschichtung modifizierten sie das Pflaster für eine verzögerte Freisetzung des Arzneimittels. Sie untersuchten die mikrostrukturelle Struktur, das Zugverhalten in statischen und dynamischen Situationen (mechanische bzw. dynamisch-mechanische Prüfung) und das Quellverhalten der hergestellten Pflaster.

Test der Wirksamkeit

Die krebshemmende Wirksamkeit der Pflaster wurde gegen Bauchspeicheldrüsenkrebsgewebe getestet, in vitro und in vivo. Die vorgeschlagene Methode für eine verlängerte Gemcitabin-Ausschüttung aus 3D-Druck-Hydrogel-Pflastern erwies sich als erfolgreich. Mit weiteren Verbesserungen könnten diese Pflaster als neoadjuvante oder adjuvante Therapie bei Krebspatienten eingesetzt werden.

Das pulsierende Freisetzungsmuster zeigte sich als wirksame Therapie. Die PLA-beschichteten, 3D-gedruckten Pflaster könnten als biokompatible Implantate für die lokale Verabreichung zusätzlicher Chemotherapeutika an erkrankten Stellen verwendet werden, um Tumore zu verringern oder ein Wiederauftreten nach einer Exzision zu verhindern.

In weiteren Untersuchungen können Forscher die Verwendung anderer Beschichtungsarten erfolgen, da die PLA-Beschichtung zu einer optimalen Reduzierung der Quellung der Patches führte. Um noch bessere Ergebnisse für 3D-gedruckte Hydrogel-Patches zu erzielen, könnte der Vernetzer von CaCO 3 modifiziert werden. Im November 2021 haben wir eine Arbeit von Forschern vorgestellt, die mit dem 3D-Druck eine neuartige Biostruktur hergestellt haben, die ebenfalls Krebsmedikamente freisetzen kann. Über die weitere Entwicklung berichten wir auch zukünftig im 3D-grenzenlos Magazin (kostenlosen Newsletter abonnieren).

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