Im menschlichen Herz sorgen vier Klappen dafür, dass das Blut in die richtige Richtung gelenkt wird. Dabei ist entscheidend, dass sich die Herzklappen richtig öffnen und schließen. Um diese Funktion zu gewährleisten, ist das Herzklappengewebe heterogen aufgebaut, was bedeutet, dass die Herzklappen innerhalb ihrer Struktur verschiedene biomechanische Eigenschaften aufweisen.
Ein Forschungsteam um Petra Mela, Professorin für Medizintechnische Materialien und Implantate an der Technischen Universität München (TUM), und Professorin Elena De-Juan Pardo von der University of Western Australia, hat diese heterogene Struktur nun erstmals mit einem 3D-Druckverfahren namens „Melt Electrowriting“ imitiert. Melt Electrowriting ist ein vergleichsweise neuartiges additives Herstellungsverfahren, bei dem elektrische Hochspannung eingesetzt wird, um präzise Muster aus einer sehr dünnen Polymerfaser zu bilden. Mittels einer eigens entwickelten Fertigungspattform lassen sich individuelle Muster und deren Kombinationen drucken, die es ermöglichen, verschiedene mechanische Eigenschaften innerhalb der Grundstruktur einer Herzklappe genau anzupassen. Die aus medizinisch zugelassenem Polycaprolacton (PCL) bestehenden Gerüste aus dem 3D-Drucker sollen es ermöglichen, im Patienten neues Gewebe aus körpereigenen Zellen zu bilden. Langfristig sollen auf diese Weise mitwachsende Herzklappenimplantate entstehen.
„Unser Ziel besteht darin, bioanaloge Herzklappen zu erschaffen, die die Bildung von neuem funktionalen Gewebe im Patienten fördern. Vor allem Kinder könnten von einer solchen Lösung profitieren, da aktuell verfügbare Herzklappen nicht mitwachsen und daher im Laufe der Jahre in mehreren Eingriffen ausgetauscht werden müssen. Unsere Herzklappen imitieren hingegen die Komplexität der körpereigenen Herzklappen und sind so konstruiert, dass sie es den Körperzellen der Patientin oder des Patienten ermöglichen, das Trägergerüst zu infiltrieren“, erklärte Professor Mela.
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