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Aus der Welt der Medizin: Forscher entwickeln 3D-Druckfähiges Hydrogel

Einer Gruppe von Wissenschaftlern ist es gelungen ein Material zu entwickeln, das mit dem Einsatz von 3D-Druckern schon bald vielen Menschen helfen wird. 

Jeden Tag stellen sich Mediziner schweren Herausforderungen und geraten dabei immer wieder an ihre Grenzen. Doch manchmal haben sie auch Glück und es gelingt ihnen, wie in diesem Fall, ein synthetisches Hydrogen zu entwickeln, das nicht nur widerstandsfähiger, sondern gerade deshalb auch mithilfe von 3D-Drucktechnik „ausdruckbar“ ist. Im Journal „Advanced Materials“, das wöchentlich in Weinheim veröffentlicht wird, haben Wissenschaftler ihre neusten Erkenntnisse dazu geteilt.

Die Herausforderung an der Entwicklung von synthetischen Hydrogelen ist, dass sie keine starke Struktur besitzen. Hydrogele sind wasserenthaltende und wasserunlösliches Polymere deren Moleküle chemisch, durch kovalente oder ionische Bindungen, oder physikalisch durch Verschlaufen der Polymer-Ketten, zu dreidimensionalen Netzwerken verknüpft sind. Jetzt ist es gelungen Hydrogele zu entwickeln, die mit 3D-Druckern geformt, produziert und als wichtige Komponenten der Medizin, wie beispielsweise Nasen- und Ohrenknorpel, genutzt werden können.

Die Innovation liegt in der Materialauswahl, weniger in der Technik die komplexen Polymer-Netzwerke anzufertigen, erklärt weiter Xuanhe Zhao, MIT-Mitarbeiter und Co-Autor des Artikels, das unter den Namen „Highly Stretchable and Tough Hydrogels into Complex, Cellularized Structures“ vor einigen Tagen veröffentlicht wurde. Insbesondere das Zusammenführen von zwei unterschiedlichen Materialien, die dem Ganzen diese neue Stärke verleiht, ist da von entscheidender Bedeutung gewesen.

Hydrogelentwicklung

Diese Abbildung zeigt die Entwicklung des Hydrogels sowie seine Widerstandsfähigkeit und die Möglichkeit komprimiert zu werden (Foto: © 3d-print.com)

Doch jede Medaille hat zwei Seiten: Die entwickelten Hydrogele haben sehr ähnliche, jedoch zu oberflächlich gebaute Eigenschaften, als die des menschlichen Körpers. Bei dem Versuch die Gele mit einem 3D-Drucker zu formen sahen die Wissenschaftler, dass diese sich durchaus bearbeiten lassen. Der Nachteil jedoch ist, dass die Gele nach der Umformung meistens in ihre ursprüngliche Form zurückkehren. Auf der anderen Seite, können die synthetischen Hydrogele fünf Mal so groß wie die körpereigene Strukturen werden und sind somit in der Lage als Verbindungen zu arbeiten und Zellenabstoßungen zu verhindern.

Diese neuartigen Hydrogele können zudem mit Stammzellen gefüllt werden ohne dass irgendwelche Schäden entstehen, was ein wichtiger Schritt in der Medizin bedeutet und durch den Einsatz von 3D-Druckern, an dem die Wissenschaftler noch arbeiten, vielen Menschen geholfen werden könnten. Schon bald könnten so resistentere und robustere Nasen- und Ohrenknorpel entwickelt werden.

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