Digital Light Processing Anatomisch angepasste Atemwegsstents aus elastischem Harz

Redakteur: Dorothee Quitter

Ein Forschungsteam der ETH Zürich hat gemeinsam mit Forschenden des Universitätsspitals und der Universität Zürich auf der Grundlage eines bioabbaubaren elastischen Harzes und des 3D-Drucks patientenangepasste Atemwegsstents entwickelt.

Firmen zum Thema

Drei Prototypen der Atemwegsstents mit unterschiedlichen Designs. Das speziell entwickelte Harz baut sich nach dem Einpflanzen nach und nach ab.
Drei Prototypen der Atemwegsstents mit unterschiedlichen Designs. Das speziell entwickelte Harz baut sich nach dem Einpflanzen nach und nach ab.
(Bild: aus Paunovic N, et al. ScieAdv, 2020)

Um Verengungen der Luftröhre zu beheben, setzen ChirurgInnen den Betroffenen röhrenförmige Implantate, sogenannte Stents, aus medizinisch verwendbarem Silikon oder Metall ein. Diese haben aber Nachteile: Metallstents müssen mit einigem Aufwand wieder operativ entfernt werden und Silikon-Stents wandern aufgrund der fehlenden anatomischen Anpassung von der Einsatzstelle weg.

Der von der ETH Zürich entwickelte Atemwegsstent ist nun auf einen Patienten zugeschnitten und bioresorbierbar, baut sich also nach dem Einpflanzen nach und nach ab. Hergestellt werden diese Stents im Digital Light Processing (DLP) und eigens zu diesem Zweck angepassten, lichtempfindlichen Harzen.

An die Anatomie des Patienten angepasst

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.

Digital Light Processing (DLP)

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.

Spezielles elastisches Harz mit Goldpartikeln

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. Dieses Harz basiert auf zwei verschiedenen Makro-Monomeren. Die Materialeigenschaften des damit erzeugten Objekts lassen sich über die Länge (Molekulargewicht) der eingesetzten Monomere sowie über deren Mischverhältnis steuern, wie die Forscherinnen und Forscher in ihrer jüngsten Studie in Science Advances aufzeigen.

Sobald UV-Licht auf das Harz trifft, verknüpfen sich die Monomere untereinander und bilden ein Polymer-Netzwerk. Da das neu entwickelte Harz bei Raumtemperatur zu zähflüssig ist, mussten die Forschenden es bei Temperaturen von 70 bis 90 °C verarbeiten. Die Forschenden stellten mehrere Harze mit unterschiedlichen Monomeren her und testeten daraus gefertigte Prototypen auf Zellverträglichkeit, biologische Abbaufähigkeit, Elastizität und mechanische Belastung. 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.

Selbstentfaltbare Strukturen

Das Material mit den gewünschten Eigenschaften verwendeten die Wissenschaftler schließlich für die Herstellung von Stents, welche an Kaninchen getestet wurden. Die 3D-gedruckten Objekte wurden dabei gefaltet eingebracht. Dies setzt voraus, dass sich die Implantate weder knicken noch quetschen lassen und dass sie sich an ihrem Einsatzort perfekt entfalten.

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.

Zur Originalpublikation

Das könnte Sie auch interessieren:

Webinar: 3D-Druck in der Dentaltechnik

(ID:47120730)