Australische Forscher der University of New South Wales (UNSW Sydney) haben einen 3D-Biodrucker entwickelt, mit dem sie verschiedene Biomaterialien direkt auf Gewebe im Körper, wie zum Beispiel Organe, Biotinte aufbringen können. Der Prototyp namens FD3B wurde bereits erfolgreich in Tests eingesetzt. Die Forscher sehen eine Vielzahl an Anwendungsmöglichkeiten für ihre Entwicklung.
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Forscher der UNSW Sydney haben laut einer Pressemitteilung einen miniaturisierten und flexiblen weichen Roboterarm entwickelt, den sie für den 3D-Druck von Biomaterial direkt auf Organe im Körper einer Person nutzen können. Die Forschung des UNSW Medical Robotics Lab unter der Leitung von Dr. Thanh Nho Do und der Doktorandin Mai Thanh Thai wurde mit den UNSW-Forschern Scientia Professor Nigel Lovell, Dr. Hoang-Phuong Phan und Associate Professor Jelena Rnjak-Kovacina durchgeführt.
Flexibler 3D-Biodrucker
Sie erhielten einen flexiblen 3D-Biodrucker, der wie ein Endoskop in den Körper eingeführt werden und mehrschichtige Biomaterialien direkt auf die Oberfläche von inneren Organen und Geweben aufbringen kann. Der sehr wendige Schwenkkopf des Proof-of-Concept-Geräts F3DB druckt Biotinte, die am Ende eines langen und flexiblen schlangenartigen Roboterarms befestigt ist, der extern gesteuert wird. Wird das Gerät weiterentwickelt, könnten Mediziner über kleine Hautschnitte oder natürliche Körperöffnungen schwer zugängliche Bereiche des Körpers erreichen. Die Forscher testeten das F3DB in einem künstlichen Dickdarm und probierte verschiedene Materialien und Formen auf der Oberfläche einer Schweineniere aus.
Dr. Do, Scientia Senior Lecturer an der Graduate School of Biomedical Engineering der UNSW ( GSBmE) und Tyree Foundation Institute of Health Engineering (IHealthE), sagte:
„Bestehende 3D-Bioprinting-Techniken erfordern, dass Biomaterialien außerhalb des Körpers hergestellt werden, und das Implantieren dieser in eine Person würde normalerweise eine große Operation im offenen Feld erfordern, was das Infektionsrisiko erhöht. Unser flexibler 3D-Bioprinter bedeutet, dass Biomaterialien mit einem minimalinvasiven Ansatz direkt in das Zielgewebe oder die Zielorgane eingebracht werden können. Dieses System bietet das Potenzial für die präzise Rekonstruktion von dreidimensionalen Wunden im Inneren des Körpers, wie z. B. Magenwandverletzungen oder Schäden und Erkrankungen im Dickdarm.“
Scientia-Professor Nigel Lovell sagte:
„Derzeit gibt es keine im Handel erhältlichen Geräte, die in situ 3D-Bioprinting auf inneren Geweben/Organen durchführen können, die von der Hautoberfläche entfernt sind. Einige andere Proof-of-Concept-Geräte wurden vorgestellt, aber sie sind viel starrer und schwieriger in komplexen und engen Räumen im Inneren des Körpers zu verwenden.“
Tests mit dem F3DB-Prototypen
Der kleinste produzierte F3DB-Prototyp hat mit 11-13 mm einen ähnlichen Durchmesser wie im Handel erhältliche therapeutische Endoskope. Das ist klein genug für den menschlichen Gastrointestinaltrakt. Der dreiachsige Druckkopf ist an der Spitze eines weichen Roboterarms montiert. Er enthält weiche künstliche Muskeln, durch die er sich in drei Richtungen bewegen kann. Er funktioniert ähnlich wie herkömmliche Desktop-3D-Drucker.
Die Druckdüse kann für vordefinierte Formen genutzt oder manuell betrieben werden. Die Zellen, die mit dem System gedruckt wurden, blieben nach dem Drucken lebendig. Sie wuchsen in Tests in den folgenden sieben Tagen weiter. F3DB könnte für Operationen zur Entfernung bestimmter Krebsarten wie Darmkrebs mit einem Verfahren, das als endoskopische Submukosadissektion bekannt ist, nützlich sein. Mit der Düse würden sich den Forschern zufolge möglicherweise auch Krebsläsionen markieren und wegschneiden lassen. Durch die Düse kann auch Wasser geleitet werden, um Blut und überschüssiges Gewebe zu entfernen.
Das Team plant, weitere Funktionen zu implementieren, wie eine integrierte Kamera und ein Echtzeit-Scansystem, das die 3D-Tomographie des sich bewegenden Gewebes im Inneren des Körpers rekonstruieren könnte.
Mai Thanh Thai sagte:
„Im Vergleich zu den bestehenden endoskopischen chirurgischen Instrumenten wurde das entwickelte F3DB als endoskopisches All-in-One-Instrument konzipiert, das die Verwendung austauschbarer Instrumente vermeidet, die normalerweise mit längeren Eingriffszeiten und Infektionsrisiken verbunden sind.“
