Ein innovatives Forschungsteam des Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat Anfang 2023 ein bahnbrechendes Verfahren vorgestellt, um maßgeschneiderte Herzreplikate aus dem 3D-Drucker herzustellen. Diese weichen Robotermodelle sind speziell auf jeden Patienten abgestimmt und können den Ärzten bei der Auswahl des am besten geeigneten Implantats für eine bestimmte Person helfen.
Zunächst wird mithilfe medizinischer Bilder des Herzens eines Patienten ein dreidimensionales Computermodell erstellt. Anschließend wird das Modell mit einer flexiblen Tinte ausgedruckt.
Vorbild Blutdruckmanschetten
Doch wie kann die Pumpleistung des Herzens imitiert werden? Die Forschenden haben sich dabei von einem langjährigen medizinischen Gerät inspirieren lassen. Das gedruckte Herz und die Aorta werden mit speziellen Manschetten umwickelt, ähnlich wie bei Blutdruckmanschetten.
Die Manschetten besitzen viele kleine Bläschen auf ihrer Unterseite, die in einem genauen Muster angeordnet sind. Hierdurch wird die Pumpfunktion des Herzens nachgeahmt, indem durch gezielte, rhythmische Ein- und Ausströmung von Luft die Strömungen und Drücke der Patienten nachgeahmt werden.
Das Team hat hierdurch nicht nur die Anatomie des Herzens gedruckt, sondern auch seine Mechanik und Physiologie nachgebildet.
“Es war sehr ermutigend, dass wir in der Lage waren, die Strömungen und Drücke der Patienten nachzuahmen”, berichtet Ellen Roche. “Wir drucken nicht nur die Anatomie des Herzens, sondern auch seine Mechanik und Physiologie nach. Das ist der Teil, der uns am meisten begeistert.”
Ein weiterer großer Vorteil dieser Technologie ist die Möglichkeit, eine Verengung der Aorta zu simulieren, bekannt als Aortenstenose.
Herzimplantat maßgeschneidert planbar
Normalerweise erfordert dies die Implantation einer zusätzlichen, künstlichen Aortenklappe, bei der es jedoch unklar ist, ob diese tatsächlich die Funktion verbessern wird. Mit einem individuell gedruckten Modell des Herzens und der Aorta kann nun ein Funktionstest durchgeführt werden, um die beste Größe und Form des Implantats auszuwählen.
Das Team des MIT ist der Ansicht, dass diese Technologie auch für die Behandlung anderer Herzerkrankungen von Nutzen sein könnte.
Alle Herzen sind unterschiedlich”, weiß Luca Rosalia, seines Zeichens Doktorand im MIT-Harvard-Programm für Gesundheitswissenschaften und Technologie, zu berichten. “Es gibt enorme Unterschiede, vor allem, wenn die Patienten krank sind. Der Vorteil unseres Systems ist, dass wir nicht nur die Form des Herzens eines Patienten nachbilden können, sondern auch seine Funktion sowohl in der Physiologie als auch im Krankheitsfall.”
Die Koautoren dieser Studie sind Caglar Ozturk, Debkalpa Goswami, Jean Bonnemain, Sophie Wang und Ellen Roche vom MIT sowie Benjamin Bonner vom Massachusetts General Hospital, James Weaver von der Harvard University und Christopher Nguyen, Rishi Puri und Samir Kapadia von der Cleveland Clinic in Ohio.
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