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Formbares Gewebe dank 3D-gedruckter Kammern Neue Transplantationstechnik geht unter die Haut

Autor / Redakteur: Dr. Sandra Mehlhase* / Christian Lüttmann

Statt in der Petrischale, wollen Fraunhofer-Forscher Gewebe für Transplantationen direkt im Patienten züchten. Dafür drucken sie spezielle Isolationskammern, die unter die Haut gesetzt und dort mit körpereigenen Zellen gefüllt werden sollen. So entstünden passgenaue „Flicken“ aus körpereigenen Zellen, mit denen größere Wunden behandelt werden könnten.

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In 3D-gedruckten Kammern mit personalisierten Formen soll künftig transplantationsfähiges, körpereigenes Gewebe gezüchtet werden, das z. B. die Form einer zu schließenden Wunde annehmen kann.
In 3D-gedruckten Kammern mit personalisierten Formen soll künftig transplantationsfähiges, körpereigenes Gewebe gezüchtet werden, das z. B. die Form einer zu schließenden Wunde annehmen kann.
(Bild: Fraunhofer IAP, Foto: Till Budde)

Potsdam – Mediziner können heute selbst schwere Verletzungen, z. B. Verbrennungen oder tiefe Wunden, gut versorgen. Liegen beim Patienten Strukturen wie Knochen, Gefäße oder Sehnen frei, bleibt aber oft nur eine Gewebetransplantation mit durchblutetem Gewebe. Für den Patienten ist das mit einer stundenlangen Operation verbunden, wobei auch noch gesundes Körpergewebe verletzt wird. Wissenschaftler entwickeln daher gewebeschonende Methoden, mit denen sich durchblutete Gewebetransplantate erzeugen lassen, um Haut und anderes Gewebe gezielt zu ersetzen.

So könnte man etwa mit Kollagen ausgekleidete Isolationskammern aus Teflon unter die Haut vernähen und darin eine Arterie bzw. eine Vene schlaufenförmig als „Versorgungsleitung“ hineinlegen. Einwandernde Zellen und das Einwachsen von Gefäßen bauen das Kollagen innerhalb von zwei bis vier Wochen schließlich in ein transplantationsfähiges Gewebe um. Ein kleiner Eingriff, für den eine örtliche Betäubung ausreicht.

Im Gegensatz zu gezüchtetem Gewebe aus der Petrischale ist das in der Kammer entstehende Gewebe vollständig vaskularisiert – also mit Kapillaren durchsetzt – und damit durchblutet. Es entsteht also ein lebhaftes Bindegewebe, das die Form der Isolationskammer annimmt und für eine Transplantation geeignet ist, ohne dass gesundes Spendergewebe geopfert werden muss. Ein weiterer Vorteil: Da das Gewebe vom Körper des Patienten hergestellt wird, werden Abstoßungsreaktionen umgangen.

Ersatzgewebe in Passform

Forscher am Fraunhofer IAP evaluieren und optimieren diese Technik derzeit im Projekt Flexloop – gemeinsam mit dem Fraunhofer ILT und der BG Klinik Ludwigshafen – Klinik für Plastische- und Rekonstruktive Chirurgie der Universität Heidelberg. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. „Wurden bisher nur runde Isolationskammern für die Gewebezüchtung genutzt, so können wir die Form der Isolationskammern erstmalig an die Form des Weichteildefekts des Patienten anpassen und damit die Personalisierung und Individualisierung der Medizin weiter vorantreiben“, sagt Dr. Wolfdietrich Meyer, Projektleiter am Fraunhofer IAP.

Möglich macht es der 3D-Druck, der das bisherige Fräsen der Kammern ersetzen soll. Da sich das herkömmliche Kammermaterial Teflon nicht drucken lässt, setzen die Experten vom Fraunhofer ILT dazu auf Photoharze. „Der 3D-Druck bietet nicht nur den Vorteil, die Form des Gewebes vorgeben zu können, wir haben auch Kammerdesigns entwickelt, durch die eine Gewebezüchtung möglichst komfortabel für Patienten abläuft und eine einfache Handhabung bei der Operation erlaubt“, erklärt Andreas Hoffmann, Projektleiter am Fraunhofer ILT.

Ist das Material biokompatibel und sicher?

Die Fraunhofer Forscher testen sowohl das Material an sich als auch die verschieden geformten Isolationskammern. Schließlich darf die Isolationskammer keine Abbauprodukte in den Körper des Patienten abgeben oder zu Abstoßungsreaktionen führen, sie muss also biokompatibel sein.

Wie haltbar ist das Material im menschlichen Organismus? Verändert es sich beispielsweise, wenn es auf Körpertemperatur gebracht wird? Die ersten Ergebnisse sehen vielversprechend aus. Was die gesamten Isolationskammern angeht, so stehen die mechanischen Eigenschaften im Vordergrund. Denn die Kammern werden mit dem umliegenden Gewebe vernäht oder an einer defektnahen Stelle unter die Haut implantiert: Hierbei dürfen sich für eine sichere Anwendung in der Kammer z. B. keinerlei Risse ausbilden.

Die Mediziner an der BG Klinik Ludwigshafen wiederum untersuchen, ob das nachwachsende Gewebe auch komplex geformte Isolationskammern vollständig ausfüllen kann. „Wir möchten damit vor allem zeigen, dass wir in den 3D-gedruckten Kammern formbares Gewebe züchten können, das wiederum – wie ein Art Puzzleteil – einen komplexen Weichteildefekt vollständig verschließen kann. Zusätzlich wird die biomechanische Qualität des gezüchteten Gewebes genau untersucht“, erklärt Dr. med. Florian Falkner, Assistenzarzt für Plastische und Rekonstruktive Chirurgie an der BG Klinik Ludwigshafen. Bis diese Form der Gewebezüchtung als routinemäßiges Verfahren reif für die klinische Anwendung ist, wird es allerdings noch ein paar Jahre an Entwicklung brauchen.

Auf der Medizintechnik-Messe Medica in Düsseldorf werden die 3D-gedruckten Kammern des Forscherteams der Fraunhofer-Institute vom 15. bis 18. November 2021 in Halle 3, Stand E74 vorgestellt.

* Dr. S. Mehlhase, Fraunhofer IAP, 14476 Potsdam

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