Realisierung von 3D-druckbaren, kollagenbasierten Hörimplantaten rückt näher
Die Schallleitungsschwerhörigkeit (SLS) ist eine Form von Hörverlust, bei der eine Funktionsstörung oder ein Trauma des Mittelohrs vorliegt. Sie betrifft über 5 % der Weltbevölkerung, wobei der Anteil an älteren Menschen mehr als 15 % ausmacht. Mit Unterstützung der Marie Skłodowska-Curie-Maßnahmen hat das Projekt COLLHEAR an der Entwicklung eines neuen, druckbaren Hörimplantates gearbeitet, das die feinen Knöchelchen des Mittelohrs (Ossikel) ersetzen soll. „Ich wollte die Prothese von Grund auf neu konzipieren“, sagt Hauptforscher Mario Milazzo. Er machte sich daran, neue geometrische Formen zu definieren, die aus Kollagen gefertigt, leistungsoptimiert und auf die Anforderungen von 3D-Fertigungstechnologien ausgerichtet sind. „Bei den gegenwärtigen Fertigungstechnologien für Mittelohrimplantate wird der 3D-Druck bisher nicht als tragfähige Option berücksichtigt, obwohl er im Hinblick auf Form und Funktionalität meiner Meinung nach die besten prothetischen Lösungen ermöglicht“, erklärt Milazzo.
Hörgeräte der nächsten Generation
Milazzo, der an der Sant’Anna Scuola Universitaria Superiore Pisa tätig ist, druckte mehrere Prototypen am Massachusetts Institute of Technology (MIT) und an der Tufts University in den USA, wo ein Teil des Projektes durchgeführt wurde. Das 3D-Druckverfahren brachte viele Herausforderungen mit sich. „Die Geräte sind winzig, und im Millimetermaßstab zu drucken ist mitunter schwierig. Die Auswahl der richtigen Fertigungsparameter ist eine komplexe Aufgabe“, merkt Milazzo an. Die Prothesen sind aus Kollagen Typ 1 und Hydroxylapatit, einer natürlich vorkommenden mineralischen Form von Kalzium, gefertigt. „Beides sind natürliche Knochenbausteine“, wie Milazzo erklärt. Auch der Druck dieser Materialien war problematisch: „Es war mühsam, die Feinabstimmung der Dichte und Viskosität des Verbundwerkstoffs hinzubekommen, um einen zuverlässigen 3D-Druck zu gewährleisten“, fügt er an. Schließlich gelang es ihm aber, sodass er dazu übergehen konnte, die Prothesen in menschlichen Schläfenbeinen zu testen. „Aus administrativen und ethischen Gründen wurden die Prothesen bisher noch nicht in echte Testpersonen implantiert, wobei dies aber mein endgültiges – und spannendes – Ziel bleibt.“
Leistung
Die Ergebnisse waren ermutigend. Die akustomechanische Bewertung ergab, dass die Leistung mit kommerziellen Prothesen vergleichbar ist. „Unser Gerät hat allerdings den Vorteil, dass es aus einem biokompatibleren Material besteht“, so Milazzo. Das Risiko einer Abstoßung sollte bei diesen Implantaten daher geringer sein. Um das mit Sicherheit festzustellen, gab Milazzo die gedruckten Implantate in einen Bioreaktor – eine Vorrichtung, mit der sich spezifische physikochemische Bedingungen nachbilden lassen, die der beabsichtigten endgültigen Zielumgebung der Prothese nachempfunden sind. „Ich verwendete einen Bioreaktor, der von einigen meiner italienischen Partner entwickelt wurde, passte ihn aber an meine konkrete Anwendung an“, merkt Milazzo an. Die Tests wiesen nach, dass die Konstruktion Epithel- und Mesenchymalzellen an der Oberfläche der Prothese aufnehmen kann – ein vielversprechendes Ergebnis, das aufregende Aussichten für In-vivo-Studien eröffnet. Die Aktivitäten in Bezug auf die Modellierung, Herstellung und akustomechanische Bewertung wurden unter Beteiligung des MIT, der Tufts University und der mit der Harvard University verbundenen Einrichtung Massachusetts Eye & Ear in den USA durchgeführt. Die biologische Bewertung erfolgte in Italien an der Sant’Anna Scuola Universitaria Superiore Pisa und an der Universität Pisa.
Künftige Schritte
Milazzo ist nun dabei, mit den Projektpartnern und klinischen Kräften auf dem Gebiet der Kopf- und Hals-Chirurgie neue Finanzierungsmöglichkeiten zu erörtern, um weiter zum Bereich der Mikroprothetik beizutragen. „Das Marie-Curie-Stipendium hat es mir wirklich erlaubt, meinen Forschungshorizont um Wissen und Fähigkeiten zu erweitern und Spitzenfachleute aus der ganzen Welt kennenzulernen und mit ihnen zusammenzuarbeiten, was enorm zu meinem persönlichen und wissenschaftlichen Wachstum beigetragen hat.“
Schlüsselbegriffe
COLLHEAR, Hörimplantate, Kollagen, 3D-Druck, Schallleitungsschwerhörigkeit, Hörgeräte, Ohr, Prothesen