Auf dieser Seite berichten wir über den Einsatz von 3D-Druckern in der Neurochirurgie als Möglichkeit zur Verbesserung der Erkennung und operativen Behandlung von Erkrankungen, Fehlbildungen und Verletzungen und anderen Schädigungen des zentralen und peripheren Nervensystems.
Heutzutage muss ein Neurochirurg einen etwa 7-jährigen Prozess der Übung durchlaufen, bevor er am Patienten eine Operation überhaupt durchführen darf. Dieser Übungsprozess besteht aus Operationen an menschlichen Leichen, die schwer zu lagern und sehr teuer zu beschaffen sind. Es wird auch mit Hilfe von VR-Programmen geübt, die aber nicht so realistisch wie physische Modelle sind. Auch die Beobachtung erfahrener Neurochirurgen ist hierbei von großer Bedeutung. Jetzt aber steht Neuroradiologen und Neurochirurgen der 3D-Druck zur Verfügung.
Mit Trainingskörpern aus dem 3D-Drucker können Auszubildende minimal invasive chirurgische Verfahren üben. So können Trainingssimulationsmodelle hergestellt werden, die sowohl die innere Neuroanatomie als auch das äußere Erscheinungsbild des Kopfes treu wiedergeben. Das neurochirurgische Modell nutzt Spezialeffektmaterialien, die im Vergleich zu anderen Simulationsmodellen die Textur und das Gefühl des Gewebes realistisch nachahmen. Diese Effektmaterialien kommen der Struktur, dem Aussehen und dem Gefühl der organischen Haut sehr nahe.
Mit einem eingebauten Bewegungs- und Pulssystem wird die Übung noch realistischer gestaltet. Ein Endoskop mit einer Mini-Videokamera kann während des Operationsverfahrens in das ventrikuläre System eingeführt werden, um ein Echtzeit-Feedback an die Chirurgen zu liefern und das Verfahren zu visualisieren. Solche Simulationsmodelle könnten in Zukunft auch für andere Verfahren eingesetzt werden.
Die Vorteile der 3D-Drucker könnten in den kommenden Jahren vom großen Nutzen für die Neurochirurgie sein. Auch in anderen Bereichen der Medizin wurde dieses Potenzial längst erkannt und die 3D-Druck-Technologie bereits intensiv genutzt.
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Ein niederländisches Forscherteam der TU Delft hat eine 3D-gedruckte Plattform zur Kultivierung von Neuronen entwickelt, die die Struktur von Hirngewebe nachbildet. Die Studie zeigt, dass nanoskalige Säulenarrays das Wachstum neuronaler Netzwerke beeinflussen und neue Einblicke in die Hirnforschung ermöglichen.
In einem beeindruckendem Projekt haben die TU Wien und die MedUni Wien das weltweit erste 3D-gedruckte Gehirn-Phantom entwickelt, das die Erforschung neurodegenerativer Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson erheblich verbessern könnte.
Phase, Inc. wurde vom Nationalen Gesundheitsinstitut ein Zuschuss von 1,7 Millionen Euro für ein 3D-Druckprojekt zur Entwicklung eines Blut-Hirn-Schranken Modells in Zusammenarbeit mit der Harvard Medical School und anderen führenden Institutionen gewährt. Dieses Vorhaben könnte die Forschung und Behandlung neurologischer Krankheiten erheblich verbessern.
Wissenschaftler der Universität von Wisconsin-Madison haben das weltweit erste 3D-gedruckte Gehirngewebe entwickelt, das natürliche Gehirnfunktionen emuliert. Diese Innovation öffnet neue Wege für die Erforschung neurologischer Erkrankungen.
Mit der Technologie von 3D Systems wurden kraniale Implantate erfolgreich in Schweizer und österreichischen Krankenhäusern eingesetzt. Patientenspezifische 3D-gedruckte Implantate bieten sowohl Chirurgen als auch Patienten erhebliche Vorteile. Experten sehen dies als entscheidenden Schritt in der medizinischen Anwendung des 3D-Drucks.
Wissenschaftler der Monash University in Australien haben mittels 3D-Druck ein neuronales Netzwerk aus Rattengehirnzellen erstellt. Dieser Fortschritt könnte den Weg für alternative Methoden zu Tierversuchen ebnen und dabei helfen, personalisierte Medizin voranzutreiben.
Das Universitätsklinikum Salzburg hat erfolgreich ein 3D-gedrucktes Schädelimplantat in einen Patienten eingesetzt. Das Implantat wurde in einem Kumovis R1 3D-Drucker hergestellt. Weitere Eingriffe an anderen Patienten sind geplant.
Das israelische Unternehmen Matricelf hat einen weiteren Meilenstein in seiner Arbeit beim 3D-Druck von Nervenimplantaten für gelähmte Patienten mit Rückenmarksverletzungen erreicht. Die Forscher können nun eigene induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs) aus menschlichen peripheren Blutzellen herstellen und gelingt damit ein wichtiger Schritt, Lähmungen in Zukunft vielleicht heilen zu können.
Ärzte am Seattle Children’s nutzen seit einigen Jahren den 3D-Druck, um sich auf Operationen mit 3D-gedruckten Modellen von Herzen vorzubereiten. Auch den Patienten bzw. ihren Eltern ist damit geholfen, da das Problem schneller verständlich erklärt werden kann. Laut den Ärzten hat sich die 3D-Drucktechnologie zudem in den vergangenen Jahren deutlich verbessert.
Forschern der Federal University of Sao Paulo ist es gelungen, Gehirnzellen mit dem 3D-Drucker herzustellen, die 14 Tage nach dem Druck noch leben. Mit diesen können sie unter anderem Erkrankungen des zentralen Nervensystems erforschen. Ihre Entwicklung hilft ihnen außerdem dabei, Materialien zu untersuchen, mit denen sie beschädigte Hirnbereiche reparieren könnten. Das neue Verfahren könnte auch dabei helfen, den Einsatz von Tierversuchen bei der Medikamentenentwicklung zu reduzieren.
Die koreanischen Unternehmen T&R Biofab und B. Braun arbeiten gemeinsam an der Entwicklung, Produktion und dem Vertrieb von mit 3D-Druck hergestellten PCL-Knochenimplantaten bei Eingriffen am Gehirn zur Rekonstruktion und Reparatur von Schädeltraumata. Das Bioprinting-Unternehmen kümmert sich um die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten. B. Braun nutzt seine Vertriebsstruktur um die Implantate zu vertreiben.
In Israel ist es einem Team an Ärzten nach monatelanger Vorbereitung auch mithilfe von Virtual Reality (VR) und zahlreichen 3D-gedruckten Modellen gelungen, eine äußerst selten vorkommende Variante siamesischer Zwillinge zu trennen. Die 3D-Technologien verhalfen den Ärzten zu umfangreichen Möglichkeiten, wirklich jeden einzelnen Punkt der Operation trainieren zu können. Die mit 3D-Druck hergestellten Modelle waren dabei ein wichtiger Konvergenzpunkt für die Mediziner.
Das Fraunhofer IPA und die inomed Medizintechnik GmbH haben gemeinsam eine Methode gesucht, ein neurochiurgisches Stereotaxiesystem ohne den Einsatz von für die Bildgebung störenden Materialien zu entwickeln. In ihren Untersuchungen fanden sie ein 3D-Druckverfahren, das ihnen als besonders geeignet erschien. Nun wollen sie die Fertigungstechnik und das Produktdesign optimieren.
Im Rahmen eines gemeinsamen Forschungsprojekts der Technischen Universität Dänemarks (DTU) und der Autonomen Universität Madrid (UAM) wurden zur Entwicklung von flachen Gehirnorganoiden erstmals mit einem 3D-Drucker hergestellte Gerüste erfolgreich eingesetzt.
Forschern am Massachusetts Institute of Technology (MIT) ist es gelungen, weiche, flexible neuronale Implantate mit einem 3D-Drucker herzustellen, die sich vorsichtig und sicher an die Umgebung im Gehirn anpassen. Diese eignen sich unter anderem dafür, Symptome von Krankheiten wie der Epilepsie, Parkinson oder Depression zu lindern. Mit einem Test an einer Maus bewiesen die Forscher jetzt die Funktionsfähigkeit ihrer Entwicklungen.
Forschern der University of Minnesota (USA) ist es gelungen, mit einem transparenten, 3D-gedruckten Schädelimplantat für Mäuse die Gehirnforschung zu verbessern. Echtzeitaktivitäten im Gehirn lassen sich dank der sogenannten „Sea-Shell“ deutlich besser beobachten. Die Forschung soll außerdem ein besseres Verständnis über die Funktion des menschlichen Gehirns liefern.
Der 3D-Druck erwies sich in der Medizin bereits mehrfach und in unterschiedlichster Weise als nützlich. Nun werden an der britischen University of Manchester neue Forschungsprojekte ins Leben gerufen, die den medizinischen 3D-Druck weiter voranbringen sollen. Das neueste Projekt hat es sich zum Ziel gemacht, mittels 3D-Bioprinting neurodegenerative Erkrankungen zu erforschen,unter anderem Schlaganfall, Parkinson und Alzheimer.
Der Neurologe Dr. André Kemmling der Neuroradiologe am Unversitätsklinikum Schleswig-Holstein, konnte mit Hilfe von 3D-gedruckten Modellen der Hirnarterien seiner Patienten schon bis zu 70 Aneurysma-Patienten erfolgreich behandeln. Mit Hilfe der detailgenauen Modelle schaffte er es auch die durchschnittliche Zeit für einen operativen Eingriff von 30 Minuten auf 15 Minuten um 50% zu reduzieren. Der entscheidende Vorteil aber ist ein anderer.
Der 3D-Druck lebensgroßer Nachbildungen von Hirnarterien ermöglicht das Üben personalisierter Eingriffe und mindert Risiken wie Schlaganfall für den Patienten. Wir stellen die Forschungen von Dr. André Kemmling des Universitätsklinikums in Lübeck einmal genauer vor und zeigen Bilder von seinem 3D-Druck-Labor, Modelle der 3D-Hirnaterien und ein Beispiel für eine erfolgreiche Operation zur Aneurysma-Behandlung mit den Forschungen und der 3D-Drucktechnik.
Ein Forscherteam der TechnischenUniversität Dresden entwickelt mit Unterstützung der 3D-Drucker ein Pflaster, das bei Gehirnverletzungen eingesetzt werden soll. Wie Dr. Ivan Minev berichtet, soll das neue Implantat die Funktionen wiederherstellen und die Heilung unterstützen. Die Forscher nennen auch einen Zeitraum, wann das Pflaster erstmals eingesetzt werden könnte.