3D-Druck für Durchbruch in der Forschung zu Herz-Kreislauf-Erkrankungen
Herz-Kreislauf-Erkrankungen wie Herzinfarkte und Schlaganfälle fordern jährlich mehr als 14 Millionen Todesopfer. Zur Behandlung und Heilung dieser Krankheiten wird in der Wissenschaft und Medizin mit In-vitro- und In-vivo-Modellen geforscht, die die menschliche Physiologie jedoch nicht vollständig abbilden können und so den Bemühungen Grenzen setzen. Auf der Suche nach neuen Lösungen wendet sich die Forschung nun dem hochauflösenden 3D-Druck zu, um künstliche Organe herzustellen (Organ-on-a-Chip-Systeme). Ein Organ-on-a-Chip stellt die menschliche Physiologie genau nach und eignet sich so für die Entwicklung von Modellen und Wirkstofftests. „Mittels 3D-Druck können Blutgefäße als organische, hochpräzise, mikrofluidische Nachbildungen konstruiert werden“, sagt Pedro Costa, Geschäftsführer und technischer Direktor von Biofabics, einem Unternehmen aus Portugal, das auf 3D-Modelle aus synthetisch erzeugtem Gewebe spezialisiert ist. „Diese Replikate können mit Zellen ausgekleidet und mit Blut gefüllt werden, um an ihnen krankheitsähnliche Prozesse in möglichst realistischer Umgebung zu untersuchen.“ Im 3D-Druckverfahren erzeugte Organ-on-a-Chip-Systeme sind eine bahnbrechende Neuerung für die Forschung an Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Das EU-finanzierte Projekt 3DPRINT-VASCU-CHIP will hierzu nun einen Beitrag leisten. Koordiniert wurde das Projekt von Biofabics, und die Leitung übernahm Pedro Costa, der weitere Fördermittel über die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen erhielt.
Interaktives Design von Organ-on-a-Chip-Systemen
Schwerpunkt von 3DPRINT-VASCU-CHIP war die Entwicklung eines automatischen Systems zur Erzeugung komplexer, maßgeschneiderter Organ-on-a-Chip-Systeme. „Unsere Arbeit konzentrierte sich vorrangig auf die Entwicklung einer Online-Softwareplattform für das automatisierte Design von maßgeschneiderten mikrofluidischen Organ-on-a-Chip-Systemen“, erklärt Costa. „Ist das Design abgeschlossen, werden die Systeme im 3D-Druckverfahren hergestellt, um daran dann Merkmale von kardiovaskulärem Gewebe und Krankheiten zu untersuchen.“ Das Ergebnis ist die Plattform Biofabics Toolbox, bei der lediglich die Eigenschaften und Parameter festgelegt werden müssen, um einen interaktiven 3D-Entwurf zu erstellen. Nach dem fertigen Entwurf wird dann das tatsächliche physische System gedruckt. Das Projekt demonstrierte auch die Wertschöpfung und bewertete die Rentabilität der Systeme. „In mehreren Machbarkeitsstudien demonstrierten wir, dass die Herstellung fortgeschrittener 3D-In-vitro-Modelle für kardiovaskuläres Gewebe und Krankheiten durch Kombinieren von Softwaretools und 3D-Druckverfahren rationalisiert werden kann“, fügt Costa hinzu.
Vorteile der Zusammenarbeit
Die Online-Softwareplattform des Projekts ist über die Website von Biofabics zugänglich, auf der verschiedene Produkte und Dienstleistungen erworben werden können. „Mit unserer Softwareplattform kann weltweit schneller, einfacher, präziser und auf komplexerer Ebene wissenschaftlich geforscht werden“, erklärt Costa. Costa merkt an, dass der Erfolg des Projekts u. a. auch auf die enge Zusammenarbeit mit mehreren international renommierten Forschungseinrichtungen zurückgeht, u. a. der Stanford University in den Vereinigten Staaten, der Universität Minho in Portugal und der Universität Santiago de Compostela in Spanien. „Das Projekt zeigt, was tatsächlich möglich ist, wenn Unternehmen und Universitäten gemeinsam Spitzenforschung betreiben, statt unabhängig voneinander zu forschen“, schließt er. Weiterhin wird das Unternehmen neue Instrumente entwickeln, um das Design auch für andere Gewebe und Organe anzupassen.
Schlüsselbegriffe
3DPRINT-VASCU-CHIP, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, 3D-Druck, Organ-on-a-Chip, Krankheitsmodelle, Wirkstofftests
