3D-DRUCKEN IM INNEREN DES KÖRPERS

„Deep-Penetrating Acoustic Volumetric Printing“ heißt die Druckmethode, in der dreidimensionale Objekte innerhalb schallempfindlicher Tinte geformt werden. Diese Hydrogel-Substanz aus biologisch verträglichen Komponenten enthält Moleküle und Mikropartikel, die auf Ultraschallwellen reagieren.

Ultraschallwellen sind zwar im wahrsten Sinne des Wortes durchdringend, aber dennoch schonend. Sie wirken sonothermisch – ein Effekt, der entsteht, wenn Schallwellen absorbiert werden und dadurch die Temperatur erhöhen. So lassen sie die Tinte aushärten.

Konkret geht das so: Die viskose Sono-Tinte wird mit einer Spritze am Einsatzort injiziert. Anschließend werden mit einer speziellen Ultraschall-Drucksonde fokussierte Ultraschallwellen in das Tinten-Volumen gesendet. Durch den härtenden Effekt und die Bewegung der Ultraschall-Drucksonde lassen sich dann die gewünschten Strukturen ausbauen. Je nach Bestrahlungsintensität und Formulierung der Tinte können dabei auch unterschiedliche Härtegrade erreicht werden.

So lassen sich etwa dreidimensionale Gebilde mit der Härte von Knochenmaterial erzeugen. Oder aber flexiblere Strukturen, die sich mit Organen kombinieren lassen, Herzklappen zum Beispiel. Sobald alles fertig ist, kann man die verbleibende, noch flüssige Tinte dann mit einer Spritze einfach entfernen.

Drei Beispielanwendungen waren dabei erfolgreich: Beim ersten Einsatz wurde die Tinte verwendet, um einen Abschnitt in einem entnommenen Ziegenherzen zu versiegeln. Dabei war es möglich, die Ultraschallwellen durch das bedeckende Gewebe hindurch an Ort und Stelle zu bringen und das Material so aushärten zu lassen. Sobald der Vorgang abgeschlossen war, haftete die Struktur am Herzgewebe und war flexibel genug, um Bewegungen standzuhalten, die den Herzschlag nachahmen.

Als nächstes probierte das Team ein Verfahren zur Knochenregeneration. Dabei kam ein gebrochenes Hühnerbein zum Einsatz. Auch hier konnte die Sono-Tinte in ein Verbindungsmaterial zwischen den Bruchflächen verwandelt werden.

Bei der dritten Einsatzmöglichkeit handelte es sich um ein spezielles Verfahren zur kontinuierlichen Freisetzung von Arzneimitteln aus einem Reservoir im Körper. Die Forscher fügten ihrer Tinte ein gängiges Chemotherapeutikum hinzu und applizierten sie auf experimentelles Lebergewebe. Mit der Sonde härteten sie das Material zu einem Hydrogel aus, das den Wirkstoff langsam freisetzte und in das Lebergewebe abgab.

Co-Autor Junjie Yao von der Duke University in Durham ist nahezu euphorisch: „Da wir durch Gewebe drucken können, ergeben sich viele potenzielle Anwendungen in der Chirurgie und Therapie, die traditionell sehr invasive und disruptive Methoden erfordern. Diese Arbeit eröffnet somit einen aufregenden neuen Weg in die Welt des 3D-Drucks und wir freuen uns darauf, das Potential dieses Tools weiter auszuloten.“

Quelle: Wissenschaft.de