Ein neuartiger Drucker ist in der Lage, feine Blutgefäße für Bypass-Implantate zu erzeugen. Den Prototypen des 3D-Biodruckers haben Forschende aus Kiel und Hamburg jetzt präsentiert.
Pro Jahr legen Herzchirurgen allein in Deutschland rund 45.000 Bypässe. Das Problem: Bei rund 20 Prozent der Betroffenen, die eine Bypass-Operation benötigen, sind keine geeigneten körpereigenen Gefäße vorhanden. Besonders schwerwiegend ist dieses Problem bei Patienten, die sich einem erneuten Eingriff unterziehen müssen. „Viele Patienten bringen auch Venenerkrankungen wie zum Beispiel Krampfadern mit, so dass wir gar nicht genügend Material haben, um alle Engstellen zu behandeln“, erklärt Dr. med. Rouven Berndt, Oberarzt an der Klinik für Herz- und Gefäßchirurgie am Universitätsklinikum Schleswig-Holstein (UKSH), Campus Kiel und Leiter des Forschungsprojekts rund um den 3D-Biodrucker..
Werden bei einer peripheren arteriellen Verschlusskrankheit (pAVK)zum Beispiel die Arterien des Beckens und der Beine mit einem Bypass aus Kunststoff überbrückt, sind diese bei bis zu 40 Prozent der Betroffenen nach drei bis fünf Jahren erneut verstopft. Zudem ist fast die Hälfte der Venenbypässe sind nach zirka zehn Jahren verengt oder verschlossen. Gemeinsam mit einem Team aus Medizinern, Biologen und Ingenieuren der Technischen Hochschulen in Kiel und Hamburg hat der Herzspezialist Berndt daher den Prototypen des neuartigen 3D-Biodruckers entwickelt.
Schlauch aus lebenden Zellen
Für Bypass-Patienten ist dieser Drucker ein Hoffnungsschimmer. Mit dem neuartigen Gerät gelingt es, feine Blutgefäße zu erzeugen. „Der von uns entworfene Druckkopf kann einen Schlauch aus körpereigenen lebenden Endothel- und Muskelzellen drucken“, sagt der Gefäßchirurg. Diese hauchdünnen flachen Endothelzellen kleiden die Gefäße von innen aus. Die darüber liegenden Muskelzellen sorgen dafür, dass sich Gefäße zusammenziehen und weiten können. Das sind wichtige Eigenschaften, die dafür sorgen, dass Bypässe lang bestehen und offenbleiben. „Der erzeugte Schlauch hat die erforderliche dünne Gefäßwand und einen Durchmesser von vier bis sechs Millimeter“, so Dr. Berndt. Gerade die Herstellung von vergleichsweise kleinen künstlichen Bypässen sei in der Herz- und Gefäßchirurgie immer ein Heiliger Gral. Die meisten Materialien sind nicht nicht geeignet und es kann zu frühzeitigen Verschlüssen kommen kann.
Industrielle Herstellung
In Laborexperimenten haben sich die gedruckten Gefäße bereits bewährt. Nun soll ein Unternehmen aus der Luft- und Raumfahrt den Prototypen industriell herstellen. Denn bisherige kommerziell verfügbare Biodrucker sind zum Beispiel nicht in der Lage, Gefäß-Transplantate in der für Bypässe häufig erforderlichen Gesamtlänge von 30 bis 40 Zentimetern zu erzeugen.
Darüber hinaus wollen die Wissenschaftler noch erforschen, ob die gedruckten Blutgefäße langfristig in das bestehende Gefäßsystem biologisch integriert werden. Ein weiteres Ziel: Blutgefäße sowohl für eine Bypass-Operation des Zellspenders zu drucken als auch für andere Empfänger. „Verschiedene Zelllinien kann man genetisch so verändern, dass sie bestimmte Merkmale und Eigenschaften nicht entwickeln und so nicht als körperfremd erkannt werden“, erklärt Berndt.
Forschungsförderung
Für das Projekt hat der Gefäßspezialist jetzt die von der Deutschen Stiftung für Herzforschung (DSHF) finanzierte Dr. Rusche-Forschungsförderung erhalten. „Insbesondere bei Herzpatienten, die keine geeigneten körpereigenen Venen für die Gewinnung eines Bypass-Gefäßes aufweisen, könnte dieses neue Verfahren ein enormer Fortschritt für die Herz-Bypass-Chirurgie bedeuten“, sagt Prof. Dr. med. Armin Welz, Herzchirurg und Vorsitzender des Wissenschaftlichen Beirats der DSHF. Das gelte besonders in punkto Patientensicherheit.