Gesundheitswesen: 3D-gedruckte Patches können bei der Prävention von Herzinfarkten und Schlaganfällen helfen

 19. Juni 2017  Susann Heinze-Wallmeyer  

Es gibt viele verschiedene Risikofaktoren, die einen Herzinfarkt oder einen Schlaganfall begünstigen können. Einer dieser Risikofaktoren ist eine Ischämie. Diese ist vor allem bei großen Blutgefäßen leicht behandelbar. Kleinere Blutgefäße könnten jetzt Patches aus dem 3D-Drucker versorgt werden, die Forscher mehrerer amerikanischer Universitäten gemeinsam entwickelten.

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Bei einer Ischämie handelt es sich im Groben gesagt um einen Zustand, bei dem blockierte oder verhärtete Blutgefäße die Blutversorgung des Gewebes unterbrechen. Infolgedessen kann es zu einem Herzinfarkt, einem Schlaganfall oder einem Geschwür kommen. Größere Blutgefäße können meist chirurgisch behandelt werden, bei kleineren oder bereits vorbelasteten Gefäßen gestaltet sich dies allerdings viel komplizierter.

Forscher der Boston University, des Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering an der Harvard University, der Stanford University und ein Chirurg des Brigham and Woman’s Hospitals haben gemeinsam 3D-Print-Patches entwickelt, welche das Wachstum neuer Blutgefäße ermöglichen, ohne dass es zu weiteren Problemen wie bei anderen bislang angewandten Methoden kommt.

„Die therapeutische Angiogenese, bei der Wachstumsfaktoren injiziert werden, um das Wachsen neuer Gefäße zu fördern, ist eine vielversprechende experimentelle Methode zur Behandlung von Ischämie“, sagte Professor Christopher Chen von der Boston University und des Harvards Wyss Instituts. „Aber in der Praxis bilden die neuen Zweige, die sprießen, ein unorganisiertes und gewundenes Netzwerk, das wie ein Ball aus Haaren aussieht und es keinem Blut erlaubt, effizient dadurch zu fließen. Wir wollten sehen, ob wir dieses Problem lösen könnten, indem wir sie organisieren.“

Professor Christopher Chen
Professor Christopher Chen von der Boston University ist einer der Leiter der Forschungsarbeiten. (Bild: © Photo by Chitose Suzuki for Boston University Photography)

Verschiedene Patches entwickelt und getestet

Dazu entwarfen die Forscher zwei Patches, die endometheliale Zellen enthielten. Bei einem Patch wurde die Architektur der Zellen vorab organisiert, bei der anderen die Zellen zufällig injiziert. Die in vivo-Ergebnisse zeigten, dass der Patch mit den vororganisierten Zellen die Verbreitung (Prävalenz) der Ischämie reduziert hat, bei dem unorganisierten Patch entstand hingegen ein verworrenes Chaos.

„Diese vorklinische Arbeit präsentiert einen neuartigen Ansatz, um einen verbesserten Blutfluss zu bestimmten Bereichen des Körpers zu erreichen“, so Dr. Keith Ozaki vom Brigham and Woman’s Hospital. „Die vermehrte Blutnahrung bietet wertvollen Sauerstoff zur Heilung und funktionellen Erhaltung lebenswichtiger Organe wie Herz und Gliedmaßen.“

Die Patches wurden mit dem 3D-Drucker auf einer Mikroskala gedruckt, um so eine für die kleinen Blutgefäße eine Größe von 100 Mikrometer zu erreichen. Um diese Patches überhaupt auf einer solchen Skala drucken zu können, wandte sich Prof. Chen an Innolign Biomedical. Mit Hilfe dieses Unternehmens konnte er mit seinen Kollegen schnell Muster ausdrucken und diese testen. Durch den 3D-Druck ist es auch möglich, Patches zu entwickeln, die in größeren komplexen Gewebeumgebungen und Organismen eingesetzt werden können. Auch für diese Einsatzbereiche wurden entsprechende Test-Patches gedruckt.

„Eine der Fragen, die wir beantworten wollten, ist, ob die Architektur des Implantats wichtig ist“, so Prof. Chen. Diese Frage wurde mit „Ja“ beantwortet. Das ist der Grund, warum unser einzigartiger Ansatz mit einem 3D-Drucker wichtig war“, so Chen. „Die vororganisierte Architektur des Patches half, die Bildung neuer Blutgefäße zu begleiten, die dem nachgelagerten Gewebe genügend Blut zu liefern schienen. Während es keine vollständige Erholung war, beobachteten wir die funktionelle Wiederherstellung der Funktion im ischämischen Gewebe.“

Herz Modell.
Durch die Verwendung der Patches soll unter anderem einem Herzinfarkt vorgebeugt werden. (Bild: © cardionet.com.pe)

Selbstverständlich werden die Forscher auch weiterhin an dieser Technologie arbeiten, Patches skalieren und verschiedene Architekturen ausprobieren. Das Forschungspapier wurde unter dem Titel „3D-printed vascular networks direct therapeutic angiogenesis in ischaemia“ veröffentlicht und ist auf der Nature Webseite in englischer Sprache abrufbar.

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