Forscher der University of Nottingham haben ein neues 3D-Druckverfahren für Multi-Material-Bioprinting entwickelt, mit dem sich künstliche Körperteile und andere medizinische Geräte mit integrierter Funktionalität maßgeschneidert herstellen lassen. Die 3D-gedruckten Teile bieten eine bessere Form und Haltbarkeit und verringern gleichzeitig das Risiko einer bakteriellen Infektion.
Studienleiter Dr. Yinfeng He vom Center for Additive Manufacturing kommentiert die computergestützte Multimaterial-3D-Drucktechnik:
„Die meisten massenproduzierten Medizinprodukte erfüllen nicht vollständig die einzigartigen und komplexen Bedürfnisse ihrer Benutzer. In ähnlicher Weise haben 3D-Druckverfahren mit einem einzigen Material Designbeschränkungen, die kein maßgeschneidertes Gerät mit mehreren biologischen oder mechanischen Funktionen herstellen können. Zum ersten Mal ist es möglich, mit einer computergestützten Multimaterial-3D-Drucktechnik komplexe Funktionen in einem maßgeschneiderten Gesundheitsgerät zu kombinieren, um das Wohlbefinden der Patienten zu verbessern.“
Die Forscher hoffen, dass der innovative Designprozess auf den 3D-Druck jedes medizinischen Geräts angewendet werden kann, das anpassbare Formen und Funktionen benötigt. Zum Beispiel könnte das Verfahren kundenspezifisch angepasst werden, um etwa ein maßgeschneidertes Gelenk zu schaffen oder einen verlorenen Finger zu ersetzen, das dem Patienten perfekt passt und damit nicht nur seinen Komfort, sondern auch die Haltbarkeit der Prothese verbessert.
Kundenspezifisch geformte und dimensionierte Teile
Für diese Studie verwendeten die Forscher einen Computeralgorithmus, um Pixel für Pixel 3D-gedruckte Objekte aus zwei Polymermaterialien unterschiedlicher Steifigkeit zu entwerfen und herzustellen, die auch die Bildung von bakteriellem Biofilm verhindern. Durch diese Optimierung der Steifigkeit gelang es ihnen, kundenspezifisch geformte und dimensionierte Teile zu erzielen, die die erforderliche Flexibilität und Festigkeit bieten.
Derzeitiger künstlicher Fingergelenkersatz verwendet beispielsweise sowohl Silikon- als auch Metallteile, die dem Träger ein standardisiertes Maß an Fingerfertigkeit bieten und dennoch steif genug sind, um sich in den Knochen zu implantieren. Das Forscherteam konnte in der Studie erfolgreich ein Fingergelenk mit diesen beiden Anforderungen in einem Gerät anfertigen und gleichzeitig seine Größe und Stärke an die individuellen Bedürfnisse des Patienten anpassen.
Das Forscherteam konnte den 3D-Druck mit bakterienresistenten und biofunktionellen Multimaterialien durchführen, so dass sie implantiert werden und eventuelle Infektionen, die während und nach der Operation auftreten, ohne den Einsatz von zusätzlichen Antibiotika bekämpfen können. Vor der Kommerzialisierung der Technik planen die Forscher, ihre potenziellen Anwendungen mit fortschrittlicheren Materialien und zusätzlichen Funktionen, wie z. B. der Kontrolle von Immunantworten und der Förderung der Stammzellanheftung, zu erweitern.
Die Studie wurde unter dem Titel „Exploiting Generative Design for 3D Printing of Bacterial Biofilm Resistant Composite Devices“ veröffentlicht. Über weitere Entwicklungen zum medizinischen 3D-Druck berichtet das 3D-grenzenlos Magazin seit 2013 täglich (Newsletter abonnieren).