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Eingriffe am Herz sind schwierige Verfahren. Deshalb bereiten sich Ärzte stets bestmöglich darauf vor. Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) wollen den Ärzten helfen, indem sie ein benutzerdefiniertes Roboterherz auf die spezifische Herzform und -Funktion des Patienten zuschneiden. Dazu erstellen sie eine weiche und flexible Nachbildung des Herzens eines Patienten mit 3D-Druck, bei der die Blutpumpfähigkeit des Herzens nachgeahmt wird.
Ihre Arbeit haben die Forscher in einem Artikel mit dem Titel „Soft robotic patient-specific hydrodynamic model of aortic stenosis and ventricular remodeling“ vorgestellt.
Exakte Form des Patientenherzens aus dem 3D-Drucker
Um das zu erreichen, werden medizinische Bilder des Herzens eines Patienten in ein dreidimensionales Computermodell umgewandelt. Anschließend verwenden die Forscher eine Tinte auf Polymerbasis, um das Herz zu drucken. Die dabei entstehende weiche, flexible Hülle hat die exakte Form des Herzens des Patienten. Auf diese Weise könnte auch die Aorta, die Hauptarterie, die Blut aus dem Rest des Körpers transportiert, gedruckt werden.
Damit das 3D-gedruckte Herz möglichst realistisch pumpt, verwendet das Team Manschetten ähnlich wie Blutdruckmanschetten. Diese werden um ein gedrucktes Herz und eine Aorta gewickelt. Die Unterseite der Hülle ähnelt einer präzise gemusterten Luftpolsterfolie. Wird die Manschette an ein pneumatisches System angeschlossen ist, können die Forscher die ausströmende Luft so einstellen, dass sie die Blasen der Manschette rhythmisch aufbläst und das Herz zusammenzieht, wodurch die Pumpwirkung nachgeahmt wird.
Aortenstenose simulieren
Eine separat gedruckte Hülle, die eine gedruckte Aorta umgibt, könnte ein Gefäß nachahmen, das verengt ist. Es wäre zum Beispiel möglich, eine Aortenstenose damit zu simulieren, ein Zustand, bei dem das Herz härter arbeiten muss, um Blut durch den Körper zu bekommen. In diesen Fällen wird zur Behandlung üblicherweise eine synthetische Klappe genutzt, die die natürliche Klappe erweitert. Ärzte könnten das Verfahren verwenden, um das Herz und die Aorta eines Patienten zu drucken und dann eine Vielzahl von Klappen in das gedruckte Modell zu implantieren. So sehen sie, welches Design dem Patienten am besten hilft.
Luca Rosalia, ein Doktorand am MIT-Harvard-Programm für Gesundheitswissenschaften und -Technologie, sagte:
„Es gibt massive Unterschiede zwischen den Herzen, insbesondere wenn Patienten krank sind. Der Vorteil unseres Systems besteht darin, dass wir nicht nur die Form des Herzens eines Patienten nachbilden können, sondern auch seine Funktion in Physiologie und Krankheit.“
Patientenspezifische 3D-gedruckte Soft-Roboter-Herzen
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