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3D-Bioprinting: Hochrealistische Modelle des menschlichen Herzens

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Einem Team der Carnegie Mellon University in den USA ist es gelungen, ein 3D-Modell eines menschlichen Herzens zu drucken, das aussieht und sich anfühlt wie echtes Herzgewebe.

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Kurzfristig zielt die Technik Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels (FRESH) darauf ab, Nachbildungen von Organen zu erstellen, damit Herzchirurgen komplizierte Eingriffe mit größerer Präzision als je zuvor visualisieren und planen können. Adam W. Feinberg, Professor für Biomedizinische Technik und Materialwissenschaft und -technik an der Universität, sagte:

"Die Hoffnung ist, dass es eines Tages geeignet sein könnte, um Nachbildungen von Körperteilen für Transplantationen zu erstellen. Unser langfristiges Ziel ist es, mit FRESH 3D Bioprint ein Herz für eine Transplantation herstellen zu können, aber das ist noch Jahrzehnte entfernt."

Er fügte hinzu:

"Wir hoffen jedoch, dass wir in der Lage sein werden, Teile des Herzens, wie z. B. Klappen und Abschnitte der Herzkammer, viel früher FRESH-zudrucken und auf diese Weise in ein paar Jahren einen großen Einfluss zu haben."

Lebensechtes Gewebe

Das Team arbeitet seit fast 10 Jahren am 3D-Bioprinting, mit dem Ziel, Gewebe und Organe drucken zu können, um den menschlichen Körper nach Verletzungen oder Krankheiten zu reparieren. Die FRESH-Drucktechnologie wurde entwickelt, um das Problem des 3D-Drucks von weichen Materialien und Zellen zu lösen. Professor Feinberg sagte:

"In den letzten fünf Jahren haben Krankenhäuser ihre Nutzung von 3D-gedruckten Modellen von Organen für die Patientenaufklärung, chirurgische Ausbildung und chirurgische Planung stark ausgeweitet. Vor etwa zwei Jahren erkannten wir, dass unsere Technologie einen viel unmittelbareren Einfluss haben könnte, indem sie lebensechte Gewebe- und Organmodelle erstellt, die den Realismus gegenüber diesen starren Plastikmodellen verbessern."

Im Jahr 2018 begann das Team mit der Arbeit am Druck eines lebensgroßen Herzens. Er erklärte:

"Dies erforderte den Bau neuer 3D-Bioprinter, da dies wahrscheinlich das größte bioprinted Hydrogelgerüst ist, das jemals erstellt wurde, und es erforderte ein größeres Bauvolumen und eine Menge Bioink. Das von uns verwendete Alginat ist ein Hydrogel, das in den Bereichen Biomaterialien und Tissue Engineering weit verbreitet ist. Es ist ein großartiges Material für die Herstellung von Modellen, weil es für eine Biotinte relativ preiswert ist, aber gewebeähnliche mechanische Eigenschaften hat."

Jenseits des Herzens

Alle chirurgischen Modelle haben den Vorteil, dass sie bei der Visualisierung und Planung des Eingriffs helfen. Sie haben auch den zusätzlichen Vorteil, dass sie wie echtes Gewebe geschnitten und genäht werden können. Das Team kann derzeit ein Modell von allem herstellen, für das sie die 3D-Datei haben, einschließlich der Herzen von Babys. Professor Feinberg sagte:

"Derzeit verwenden wir MRT-Bilder des menschlichen Herzens, und wir können auch MRT-Bilder von pädiatrischen Patienten verwenden. Wir sind gerade dabei, mit Chirurgen an unseren Modellen zu arbeiten und werden dieses Feedback nutzen, um sie zu verbessern. Der nächste Schritt in der Entwicklung ist die Zusammenarbeit mit Chirurgen, um das Gefühl und die Leistung des Modells zu verbessern und auf Gewebe und Organe jenseits des Herzens zu erweitern."

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