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Neues Bioprinting-Verfahren zur Herstellung künstlicher Knorpelimplantate

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Forscher der University of Alberta haben eine Methode entwickelt, um knorpelähnliche Materialien bestehend aus einem Kollagen-Hydrogel mit menschlichen Chondrozyten in 3D zu drucken. Die gedruckten Strukturen ahmen den menschlichen Nasenknorpel in Bezug auf seine mechanischen, molekularen und histologischen Eigenschaften nach. Die Forscher hoffen, dass die Technologie zu personalisierten Knorpelimplantaten für Hautkrebspatienten führen könnte, die nach einer Operation zur Entfernung ihrer Tumore Nasenknorpeldefekte haben.

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Die Nase ist eine häufige Stelle für Hautkrebs, und bei vielen dieser Patienten führt die Entfernung der krebsartigen Läsionen zu Knorpeldefekten. Derzeit versuchen Chirurgen, Knorpel aus einer Rippe zu entfernen und in die Nase zu implantieren, um solche Defekte zu korrigieren, aber dieser Ansatz hat erhebliche Nachteile.

"Wenn die Chirurgen die Nase restrukturieren, ist sie gerade. Aber wenn sie sich an ihre neue Umgebung anpasst, durchläuft sie eine Phase des Umbaus, in der sie sich verzieht, fast wie die Krümmung der Rippe", sagt Adetola Adesida, ein an der Studie beteiligter Forscher. "Optisch im Gesicht ist das ein Problem. Das andere Problem ist, dass man das Rippenfach, das die Lunge schützt, öffnet, nur um die Nase zu restrukturieren. Das ist eine sehr wichtige anatomische Stelle. Der Patient könnte eine kollabierte Lunge haben und hat ein viel höheres Risiko, zu sterben."

Der neue Ansatz vermeidet diese Einschränkungen und beinhaltet die Entnahme einer kleinen Menge Knorpel aus der Nase, um die darin befindlichen Chondrozyten zu extrahieren. Diese werden dann mit einem Kollagen-Hydrogel vermischt und in eine maßgeschneiderte Form gedruckt, die speziell zum Füllen der Knorpeldefekte des jeweiligen Patienten entwickelt wurde.

"Das ist zum Vorteil des Patienten. Sie können sich auf den OP-Tisch legen, in etwa 30 Minuten eine kleine Biopsie aus ihrer Nase entnehmen lassen, und von dort aus können wir verschiedene Formen von Knorpel speziell für sie bauen", so Adesida. "Wir können die Zellen sogar aufbewahren und sie später verwenden, um alles zu bauen, was für die Operation benötigt wird. Das ist es, was diese Technologie möglich macht."

Die gedruckten Strukturen werden dann vier Wochen lang kultiviert, um sie reifen zu lassen, bevor sie implantiert werden können. "Es dauert ein Leben lang, um Knorpel in einem Individuum zu bilden, während diese Methode etwa vier Wochen benötigt. Man erwartet also immer noch, dass es einen gewissen Reifegrad gibt, den es durchlaufen muss, besonders wenn es in den Körper implantiert wird. Aber funktionell ist es in der Lage, die Dinge zu tun, die Knorpel tut", sagte Adesida.

Die Forscher planen, die Implantate in Tiermodellen zu testen, und wenn dies erfolgreich ist, hoffen sie, eine klinische Studie durchführen zu können. Hoffentlich kann eine Version dieser Technologie auch zu stärkeren knorpelähnlichen Materialien führen, die in Gelenke implantiert werden können, um verletzten oder abgenutzten natürlichen Knorpel zu ersetzen.

Unten sehen Sie ein Video, in dem das neue Material in 3D gedruckt wird.