3D-gedruckte Herzklappen aus Silikon
Ein Forscherteam der ETH Zürich hat sich mit dem südafrikanischen Unternehmen Strait Access Technologies zusammengetan, um künstliche 3D-gedruckte Herzklappen aus Silikon herzustellen. Diese könnten als Ersatzklappen für die alternde Bevölkerung dienen – sie stellen eine praktikable Lösung dar, da sie einfacher herzustellen und viel zugänglicher sind als die heute bereits auf dem Markt befindlichen.
Nach einer von Sewell-Loftin MK veröffentlichten Studie werden bis zum Jahr 2050 weltweit 850.000 Menschen aufgrund der alternden Bevölkerung, mangelnder körperlicher Bewegung und schlechter Ernährung künstliche Herzklappen benötigen. Die additive Fertigung könnte einen Weg bieten, diesen wichtigen Bedarf zu decken: Im medizinischen Bereich ermöglicht sie die individuelle Anpassung jedes Geräts an den Patienten. So könnten wir 3D-gedruckte Herzklappen haben, die auf das Herz eines jeden Menschen zugeschnitten sind. Die ETH Zürich und Strait Access Technologies antizipieren diese Nachfrage und führen erste Silikontests durch.
Credits: Fergal Coulter / ETH Zürich
Bevor der Entstehungsprozess dieser 3D-gedruckten Klappen erklärt wird, ist es wichtig, ihre Funktion zu erläutern. Unser Herz besteht aus vier Kammern, jede mit einer Klappe, die den Blutfluss nur in eine Richtung zulässt. Wenn eine der vier Klappen nicht richtig funktioniert (Leckage, Verengung, Dehnung), fließt das Blut in die Vorhöfe oder Kammern zurück und schwächt das Herz. Aus diesem Grund kommt es zu Herzrhythmusstörungen und Herzversagen. Hier kommen künstliche Klappen ins Spiel: Sie können eingesetzt werden, um einen guten Blutfluss zu gewährleisten.
Eine 3D-gedruckte Herzklappe in weniger als zwei Stunden
Am Anfang steht ein CT-Scan der Aorta des Patienten: Damit lassen sich Form und Größe der defekten Herzklappe sehr genau bestimmen. Die Daten werden dann in ein digitales Modell umgewandelt, anhand dessen die auf die Herzklappe wirkenden Kräfte und ihre mögliche Verformung berechnet werden. Die Forscher erklären, dass der 3D-Druck der künstlichen Klappe 1,5 Stunden dauert (im Vergleich zu mehreren Tagen für eine herkömmlich konstruierte Klappe). Sie haben sich für Silikon entschieden, weil es ein mit dem menschlichen Körper kompatibles Material ist – die 3D-gedruckte Klappe kann dann mit Kollagenfasern verstärkt werden, die die Dicke erhöhen. Das Team sagt, dass der Blutfluss durch die 3D-gedruckte künstliche Herzklappe genauso gut ist wie der einer traditionell hergestellten Klappe.
Der 3D-Scan der Aorta des Patienten | Photo Credit: Fergal Coulter / ETH Zürich
Ziel ist es, die Lebensdauer dieser Ersatzklappen von 10 auf 15 Jahre zu verlängern. Dies ist derzeit die Lebensdauer von künstlichen Klappen bei Patienten, bevor sie ersetzt werden müssen. Manuel Schaffner, einer der Studienteilnehmer, erklärt: „Es wäre wunderbar, wenn wir eines Tages Herzklappen herstellen könnten, die ein Leben lang halten und sogar mit dem Patienten mitwachsen, so dass sie auch jungen Menschen implantiert werden könnten. Es sei darauf hingewiesen, dass die meisten Patienten heute lebenslang Immunsuppressiva oder gerinnungshemmende Mittel einnehmen müssen, um zu verhindern, dass der Körper die künstliche Klappe abstößt, was zu erheblichen unerwünschten Nebenwirkungen führt. Die additive Fertigung könnte dieses Risiko also vollständig ausschalten.“
3D-gedruckte Herzklappe
Die ersten Ergebnisse sind ermutigend, aber es wird noch 10 Jahre dauern, bis künstliche 3D-gedruckte Herzklappen auf dem Markt sind. Die Forscher müssen noch viele klinische Versuche durchführen. Sie erklären, dass sie mehrere Materialtests durchführen, um festzustellen, welche Materialien die Lebensdauer der künstlichen Klappe am meisten verlängern. Weitere Informationen finden Sie auf der offiziellen Website der ETH Zürich HIER.
Das 3D-Druckverfahren für Silikon | Credits: Fergal Coulter / ETH Zürich)