Das 3-D-gedruckte Herzklappengerüst ist elastisch und dennoch stabil. © Andreas Heddergott / TUM
Herzklappen aus dem 3-D-Drucker
Herzklappen wirken wie Rückschlagventile. Ihr Gewebe ist heterogen aufgebaut, was bedeutet, dass die Herzklappen innerhalb ihrer Struktur verschiedene biomechanische Eigenschaften aufweisen. Das stellt eine Herausforderung bei der Entwicklung von bioanalogen Herzklappenprothesen dar. Eine zweite Schwierigkeit ergibt sich bei Kindern als Patienten. Das Herz eines Kindes wächst noch und entsprechend wachsen auch die Herzklappen. Herkömmliche Prothesen stoßen da an ihre Grenzen und müssen im Lauf der Jahre immer wieder ausgetauscht werden.
Ein internationales Forschungs- und Entwicklungsteam hat für beide Probleme einen Ansatz gefunden. Die Medizintechniker haben ein spezielles 3-D-Druckverfahren namens „Melt Electrowriting“ entwickelt. Dabei wird aus medizinisch zugelassenem Polycaprolacton (PCL) ein hauchdünner Faden mit variabler Dicke (fünf bis fünfzig Mikrometer) und damit variabler Stabilität erzeugt. Dieser wird zu präzisen Strukturen aneinandergelegt, welche ihrerseits verschiedene mechanische Eigenschaften haben.
Das PCL-Trägergerüst ist in ein elastinartiges Material eingebettet, das die Eigenschaften des körpereigenen Elastins in echten Herzklappen imitiert. Außerdem besitzt es Mikroporen, die feiner sind als die des PCL-Gerüsts. Dadurch können sich Zellen ansiedeln.
Eine weitere Besonderheit besteht darin, dass der verwendete Kunststoff biologisch abbaubar ist und sich nach einer gewissen Zeit auflöst. In dieser Zeit – so hoffen die Forscher – könnte sich aus den angesiedelten Zellen funktionstüchtiges Herzklappengewebe gebildet haben. Dieses wiederum kann dann mit dem Kinderherz nach Bedarf mitwachsen.
Aktueller Forschungsstand: Die 3-D-gedruckten Herzklappen wurden in einem künstlichen Kreislaufsystem getestet, das den körpereigenen Blutstrom und -druck simuliert. Unter den untersuchten Bedingungen öffneten und schlossen sich die Herzklappen ordnungsgemäß. In ersten Zellkulturstudien konnte bereits Zellwachstum auf dem Trägergerüst beobachtet werden. Der nächste Schritt in Richtung Klinikeinsatz sind präklinische Studien im Tiermodell.
Lesen Sie zum Thema Herzklappen auch:
