Um solche Verengungen zu beheben, setzen Chirurgen den Betroffenen röhrenförmige Implantate, sogenannte Stents, aus medizinisch verwendbarem Silikon oder Metall ein. Diese verschaffen den Patienten zwar rasch Besserung, doch die Implantate haben Nachteile: Metallstents müssen mit einigem Aufwand operativ entfernt werden, was Patienten erneut belastet. Silikon-Stents wiederum wandern weg von der Stelle des Einsetzens. Der Grund dafür ist, dass die Implantate nicht an die Anatomie eines Patienten angepasst sind.
Ein ETH-Forschungsteam, zusammengesetzt aus Mitgliedern der Gruppen Komplexe Materialien und Drug Formulation & Delivery, hat nun gemeinsam mit Forschenden des Universitätsspitals und der Universität Zürich einen Atemwegsstent entwickelt; dieser ist auf einen Patienten zugeschnitten und bioresorbierbar, baut sich also nach dem Einpflanzen nach und nach ab. Hergestellt werden diese Stents mit einem 3D-Druckverfahren ("Digital Light Processing", DLP) und eigens zu diesem Zweck angepassten, lichtempfindlichen Harzen.
Zuerst erstellen die Forschenden eine Computertomografie 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.
Beim DLP-Verfahren wird eine Bauplattform in eine Wanne voller Harz getaucht. Die Plattform wird dann gemäß dem digitalen Modell an den gewollten Stellen mit UV-Licht belichtet. Dort, wo Licht aufs Harz auftrifft, wird es hart. Die Plattform wird ein wenig gesenkt und die nächste Schicht belichtet. So entsteht das gewünschte Objekt Schicht für Schicht.
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.
Das Material mit den gewünschten Eigenschaften verwendeten die Wissenschaftler schließlich für die Herstellung von Stents, welche an Kaninchen getestet wurden. Das Einsetzen der Stents erforderte zudem ein spezielles Instrument, da die 3D-gedruckten Objekte gefaltet eingebracht werden müssen. Dies setzt voraus, dass sich die Implantate weder knicken noch quetschen lassen und dass sie sich an ihrem Einsatzort perfekt entfalten.
Um mithilfe medizinischer Bildgebung nachverfolgen zu können, wo sich der Stent beim Einsetzen befindet, bauten die Forschenden Gold in dessen Struktur ein. Das macht die Stents stabil, ändert aber nichts an deren Biokompatibilität.
Die Tests an den Kaninchen, welche die Forschungsgruppe von Daniel Franzen, Leitender Arzt an der Klinik für Pneumologie am Universitätsspital Zürich, zusammen mit Veterinärmedizinern durchführte, verliefen erfolgreich. Die Forschenden konnten zeigen, dass die Implantate biokompatibel sind und dass sie nach sechs bis sieben Wochen vom Körper resorbiert werden. Zehn Wochen nach der Implantierung war der Stent auf Röntgenaufnahmen nicht mehr sichtbar. Zudem bewegten sich die eingesetzten Stents in der Regel nicht von der Stelle, an der sie eingepflanzt wurden.
"Diese vielversprechende Entwicklung eröffnet Aussichten für die rasche Herstellung von massgeschneiderten medizinischen Implantaten und Hilfsmitteln, die sehr genau, elastisch und im Körper abbaubar sein müssen", sagt Jean-Christophe Leroux. Weitere Forschung werde darauf konzentriert, das Einsetzen der Stents so schonend wie möglich zu gestalten.
MEDICA.de; Quelle: Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)
