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Biodrucker für den Bypass

3D-Druck
Herz-Bypässe aus dem Biodrucker

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Mittels 3D-Drucker wollen Dr. Rouven Berndt (links) und sein Team Zellen so drucken, dass sie Gefäßschläuche für Bypassoperationen bilden (Bild: UKSH)
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3D-Druck in der Medizin: Mit einem neuartigen 3D-Biodrucker wollen der Kieler Gefäßchirurg Dr. Rouven Berndt und seine Kollegen feine Blutgefäße für Bypass-Implantate erzeugen. Sie könnten Patienten helfen, denen keine körpereigenen Gefäße entnommen werden können.

Bypass-Operationen sind heute Routineeingriffe. Pro Jahr legen Herzchirurgen allein in Deutschland rund 45 000 solcher Umgehungen für verengte Herzkrankzgefäße. Das Problem: Bei rund 20 % der Betroffenen, die eine solche Operation benötigen, sind keine geeigneten körpereigenen Gefäße vorhanden. „Besonders schwerwiegend ist dieses Problem bei Patienten, die sich einem erneuten Eingriff unterziehen müssen“, erklärt Dr. med. Rouven Berndt, Oberarzt an der Klinik für Herz- und Gefäßchirurgie am Universitätsklinikum Schleswig-Holstein (UKSH), Campus Kiel. „Viele Patienten bringen Venenerkrankungen wie Krampfadern mit, so dass wir gar nicht genügend Material haben, um alle Engstellen zu behandeln.“ Darüber hinaus sind auch fast die Hälfte der Venenbypässe nach etwa zehn Jahren wieder verengt oder verschlossen.

Prototyp eines 3D-Druckers für die Medizin liegt vor

Vor diesem Hintergrund hat der Kieler Herzspezialist gemeinsam mit einem Team aus Medizinern, Biologen und Ingenieuren der Technischen Hochschulen in Kiel und Hamburg den Prototypen eines 3D-Biodruckers entwickelt. Die Wissenschaftler haben Erfahrung in der Stammzellforschung, der Zelltherapie und im Bioengineering in der Herz- und Gefäßmedizin. Mit dem nun entwickelten neuartigen Gerät gelingt es, feine Blutgefäße zu erzeugen. Für dieses Projekt hat Dr. Berndt die von der Deutschen Stiftung für Herzforschung DSHF finanzierte Dr. Rusche-Forschungsförderung in Höhe von 53 000 Euro erhalten.

„Der von uns entworfene Druckkopf kann einen Schlauch aus körpereigenen lebenden Endothel– und Muskelzellen drucken“, sagt der Gefäßchirurg und Leiter des Projektes. Die hauchdünnen flachen Endothelzellen kleiden die Gefäße von innen aus. Die darüber liegenden Muskelzellen sorgen dafür, dass sich Gefäße zusammenziehen und weiten können. Das sind wichtige Eigenschaften, die dafür sorgen, dass Bypässe lang bestehen und offenbleiben.

„Der erzeugte Schlauch hat die erforderliche dünne Gefäßwand und einen Durchmesser von vier bis sechs Millimetern“, berichtet Berndt. Gerade die Herstellung von vergleichsweise kleinen künstlichen Bypässen sei „in der Herz- und Gefäßchirurgie immer ein Heiliger Gral“: Die meisten Materialien erschienen nicht geeignet, und es könne immer zu frühzeitigen Verschlüssen kommen. Die gedruckten Gefäße haben sich jedoch in Laborexperimenten bereits bewährt.

3D-Drucker soll künftig industriell hergestellt werden

Der Prototyp des Biodruckers soll nun von einem Unternehmen aus der Luft- und Raumfahrt industriell hergestellt werden, denn bisherige kommerziell verfügbare Biodrucker sind zum Beispiel nicht in der Lage, Gefäß-Transplantate in der für Bypässe häufig erforderlichen Gesamtlänge von 30 bis 40 cm zu erzeugen. Auch wollen die Wissenschaftler nun untersuchen, ob die gedruckten Blutgefäße langfristig in das bestehende Gefäßsystem biologisch integriert werden. Diese Frage ist bisher noch offen.

Ein weiteres Ziel: Blutgefäße sowohl für eine Bypass-Operation des Zellspenders zu drucken als auch für andere Empfänger. „Verschiedene Zelllinien kann man genetisch so verändern, dass sie bestimmte Merkmale und Eigenschaften nicht entwickeln“, erklärt der Gefäßchirurg, „und so nicht als körperfremd erkannt werden.“ (op)


Eine aus dem Körper entnommene Vene leitet als Bypass das Blut um die verengte Stelle in den Herzkranzgefäßen herum
(Bild: lom123 /stock.adobe.com)

Wofür der Bypass gebraucht wird

Verengte oder verstopfte Herzkranzgefäße, die Ursache der so genannten koronare Herzkrankrankheit (KHK), sind gefährlich, weil sie unbehandelt zu lebensbedrohlichen Komplikationen wie Herzinfarkt führen können. Leicht zu behandelnde Ein- oder Zweigefäßerkrankungen, also Engstellen in ein oder zwei Herzkranzarterien, können in der Regel interventionell behandelt werde: Sie lassen sich mit einem Ballon oder einer implantierten Gefäßstütze, einem Stent, aufdehnen.

Bei Dreigefäßerkrankungen und Hauptstammstenosen sind die Engstellen in der Regel operativ mit einem Bypass zu überbrücken. In einer Bypass-Operation umgehen Herz- und Gefäßchirurgen die verstopften Gefäße mit Adern oder Venen aus dem Körper des Patienten. Bypass bedeutet Umgehung, und genau das wollen die Mediziner erreichen: Sie nähen die gesunden Gefäße quasi als Gefäßbrücken vor den Engstellen auf die Herzkranzgefäße auf, so dass das Blut ungehindert zum Herzen fließen kann.


Kontakt zum Projektleiter:

Dr. Rouven Berndt
Oberarzt, Endovaskulärer Chirurg (DGG)
Universitätsklinikum Schleswig-Holstein
Campus Kiel
Arnold-Heller-Straße 3
24105 Kiel
E-Mail: Rouven.Berndt@uksh.de


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