■ [ SPECIAL 3D-DRUCK ] Atemwegsstents aus dem Drucker Digital Light Processing | Einen neuartigen bioresorbierbaren Atemwegsstent hat einTeam der ETH Zürich mittels Digital Light Processing oder kurz DLP hergestellt. Drei Prototypen der Atemwegsstents mit unterschiedlichen Designs (Bild: aus Paunovic N, et al. ScieAdv, 2020) Um eine krankhafte oder verletzungsbedingte Verengung der Luftröhre oder der Hauptbronchien zu beheben, setzen Chirurgen den Betroffenen röhrenförmige Stents aus medizinisch verwendbarem Silikon oder Metall ein. Diese verschaffen zwar rasch Besserung, aber Metallstents müssen operativ entfernt werden, und Silikonstents wandern weg von der Stelle des Einsetzens, da sie nicht an die Anatomie eines Patienten angepasst sind. Ein Forschungsteam der ETH Zürich, zusammengesetzt aus Mitgliedern der Gruppen Komplexe Materialien und Drug Formulation & Delivery, hat nun gemeinsam mit Forschenden des Universitätsspitals und der Universität Zürich einen neuen Typ von Atemwegsstent entwickelt: Dieser ist auf einen Patienten zugeschnitten und bioresorbierbar. Hergestellt werden diese Stents mit einem 3D-Druckverfahren, dem Digital Light Processing oder kurz DLP. Das Material dafür sind eigens zu diesem Zweck angepasste lichtempfindliche Harze. Zuerst erstellen die Forscher eine Computertomographie eines spezifischen Abschnitts der Atemwege. Darauf basierend entwickeln sie ein digitales 3D-Modell des Stents. Die Daten werden an den DLP-Drucker weitergegeben, der den maßgeschneiderten Stent Schicht für Schicht herstellt. Bislang konnten mit der DLP-Technik und bioabbaubaren Materialien nur steife und spröde Objekte hergestellt werden. Die ETH-Forschenden entwickelten deshalb ein spezielles Harz, welches nach der Belichtung elastisch wird. Es basiert auf zwei verschiedenen Makro-Monomeren. Die Materialeigenschaften des damit erzeugten Objekts lassen sich über die Länge (genauer: über das Molekulargewicht) der eingesetzten Monomere sowie über deren Mischungsverhältnis steuern. Die Stents wurden bereits erfolgreich an Kaninchen getestet. Nun soll das Einsetzen der Stents so schonend wie möglich gestaltet werden. Schnell zum Ersatz von Knorpel und Knochen Abbaubare Scaffolds | Forschern ist es gelungen, aus bioabbaubaren Copolymeren Scaffolds herzustellen. Bei einem Volumen von 1 cm³ weisen sie Substrukturen im Mikrometermaßstab auf. Ein Verfahren, mit dem biodegradierbare 3D-Trägerstrukturen (Scaffolds) zur Geweberegeneration von Knorpel-Knochen-Schäden hergestellt werden können, hat die Multiphoton Optics GmbH (MPO) in Würzburg zusammen mit dem Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik e.V. (IBA) in Heilbad Heiligenstadt entwickelt. Das Einzigartige an diesen Strukturen: Großvolumige Scaffolds aus bioverträglichen Copolymeren weisen eine hierarchische Strukturierung bis in den Mikrometerbereich auf. Neu ist auch die effiziente monolithische Herstellung mit 3D-Lithographie via Zwei-Photonen-Polymerisation. Ein Prototyp der Multiphoton Optics 3D-Druckplattform Litho- Prof-3D wurde optimiert, indem Prozessschritte innerhalb der Anlage automatisiert wurden. Darüber hinaus wurde die vom Hersteller entwickelte Steuersoftware auf die Fertigung von Scaffolds angepasst. Die Plattform ermöglicht es so, in 1,5 h Scaffolds mit 1 cm3 Volumen in einem Schritt zu drucken. Damit ist die Laserschreibzeit etwa 100 mal kürzer als bei der am IBA etablierten 2PP-Forschungsanlage. Die Struktur der Scaffolds basiert auf einem biomimetischen Design vom IBA Heiligenstadt e.V. Sie ist 10 mm hoch und hat einen Durchmesser von 7 mm. Eine 3 mm hohe Knorpelschicht und einer 7 mm hohen Knochenphase werden durch eine Trennschicht voneinander abgegrenzt. Porosität und E-Modul der jeweiligen Phasen können im 3D-Druck so angepasst werden, dass sie Knochen und Knorpel sehr nahekommen. Die Scaffolds bestehen aus dem biodegradierbaren Copolymer Poly-((D,L)-Lactid-co-ε-Caprolacton)-dimethacrylat (LCM3), das vom IBA Heiligenstadt e.V. entwickelt wurde. Es soll künftig durch das besser vom Körper abbaubare Copolymer Po- ly(Amid-co-ε-Caprolacton)- dimethacrylat (ACM) ersetzt werden. Weitere Informationen: https://multiphoton.de, www.iba-heiligenstadt.de Biphasischer Scaffold mit hierarchischer Makro- und Mikro struktur. Die Knorpel - phase (oberer Teil des Scaffolds) ist durch eine Trennschicht von der Knochenphase (unterer Teil) separiert (Bild: Multiphoton Optics) 60 medizin&technik 02/2021
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