Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP entwickelt im Rahmen des Projekts PolyKARD („Synthese eines biomimetischen Perikard Polymers für kardiale Anwendungen“) biometrische Polymere, mit denen es möglich ist, biologische und mechanische Eigenschaften von Herzbeutelgewebe nachzuahmen. Mit diesen Spezialpolymeren wollen die Forscher künstlichen elastischen Gewebeersatz für Perikard, Herzklappen oder Blutgefäße auf den Patienten abgestimmt anfertigen.
Die Implantate werden mit 3D-Druck und Elektrospinning hergestellt, wie das Institut in einer Pressemitteilung erklärt. Ein noch nicht entwickelter 3D-Drucker soll außerdem Medizinprodukte der Klasse III drucken können. Erste klinische Studien sind für 2022 geplant.
Projekt PolyKARD
Der Herzbeutel, der auch als Perikard bezeichnet wird, ist eine mechanisch enorm stabile und kollagenhaltige Struktur, die das Herz umgibt. Menschliche Herzklappen werden bereits durch das Perikard von Rindern oder Schweinen ersetzt. Auch Blutgefäße werden damit rekonstruiert. Tierisches Gewebe aufzuarbeiten ist jedoch teuer und nicht langzeitstabil. Neben den ethischen und religiösen Aspekten ist auch die unzuverlässige Qualität aufgrund der großen Variabilität ein Problem.
Die Implantate aus Photopolymeren können individuell im 3D-Drucker oder mit Elektrospinning hergestellt werden. Die Monomere entstehen dabei aus Tinten oder Harzen. Sie polymerisieren, wenn sie mit UV-Licht bestrahlt werden, erklärt Projektleiter Dr. Wolfdietrich Meyer, der Projektleiter. Die Forscher synthetisieren photovernetzbares Material, das aus unterschiedlichen Polyurethansegmenten und Kollagenanteilen besteht.
Extravaskuläre Herzunterstützung und ein neuer 3D-Drucker
Beim Elektrospinning entstehen poröse Strukturen, die mit dem körpereigenen Gewebe des Patienten verwachsen. Die entstehenden Trägersubstrate werden hinsichtlich der mechanischen und biologischen Eigenschaften charakterisiert. Wichtig ist dabei die Nachbildung der mechanischen Eigenschaften des Perikards und das Anwachsverhalten von Zellen.
Mit dem neu entwickelten biomimetischen Polymer sollen neuartige Oberflächen für ein extravaskuläres Herzunterstützungssystem entstehen. Das Implantat wird vollständig außerhalb des Blutstroms (extravaskulär) in der Perikardhöhle um die epikardiale Oberfläche der Herzkammern positioniert. Forschern aus den USA gelang im Vorjahr der 3D-Druck von hochauflösenden Organteilen wie zum Beispiel einer Herzkammer.
Ein 3D-Drucksystem zur Herstellung von Medizinprodukten der Klasse III ist auch geplant. Die mit dem 3D-Drucker eingesetzten Rohmaterialien sollen vollständig rückverfolgbar werden. Am 4. Februar 2020 trafen sich die Partner, um erste Erfolge vorzustellen. Sie konnten erste elastische Photourethanharze aus nicht toxischen Ausgangsmaterialien synthetisieren und drucken.
