„Dies ist das erste Mal, dass jemand erfolgreich ein ganzes Herz mit Zellen, Blutgefäßen und Ventrikeln entwickelt und gedruckt hat“, sagte Professor Tal Dvir von der Fakultät für Molekulare Zellbiologie und Biotechnologie der Universität Tel Aviv im April 2019. Das Herz aus dem 3D-Drucker markierte einen bedeutenden Fortschritt in der Behandlung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen (CVDs). Wir von Alcimed haben den Einsatz von 3D-Drucktechnologie im Gesundheitswesen und insbesondere den jüngsten Fortschritt beim 3D-gedruckten Herzen analysiert.
Mit der Entwicklung der 3D-Drucktechnologie und dem Wachstum der Präzisions- und personalisierten Medizin hat der 3D-Druck Einzug in die Medizinbranche gehalten. Während er zu Beginn vor allem für klinische Studien genutzt wurde, wurden mit der Zeit immer mehr 3D-gedruckte medizinische Geräte entwickelt – darunter Implantate, chirurgische Instrumente, tragbare Geräte, Zahnrestaurationen und externe Prothesen. In einigen Ländern wurde der 3D-Druck während der COVID-19-Pandemie auch für pandemiebedingte Zwecke genutzt.
Heute wird der 3D-Druck in vielen Bereichen der Gesundheitsindustrie genutzt und wird sogar für einfache Organtransplantationen wie die der Blase eingesetzt. Es besteht jedoch nach wie vor ein dringender, ungedeckter Bedarf: der Einsatz des 3D-Drucks für lebenswichtige Bereiche der Gesundheitsversorgung wie die Behandlung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Diese stellen die weltweit häufigste Todesursache dar und führen jährlich schätzungsweise zu 17,9 Millionen Todesfällen. Die Zahl der Patienten mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen, die auf eine Transplantation warten, übersteigt die Zahl der Spender. In den USA ist beispielsweise die Zahl der Patienten auf der Warteliste fünfmal so hoch wie die der Spender.
Herzen aus dem 3D-Drucker könnten einen bedeutenden Fortschritt für die Behandlung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen darstellen, da sie den Mangel an verfügbaren Organen für Transplantationen verringern und somit viele Leben weltweit retten. Es wird geschätzt, dass es 10 bis 15 Jahre dauern wird, bis 3D-gedruckte Herzen für Transplantationen eingesetzt werden können. Glücklicherweise hat die Forschung in diesem Bereich – obwohl es sich um eine neue und innovative Technologie handelt – in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht.
Seit der Bekanntgabe des wissenschaftlichen Durchbruchs eines 3D-gedruckten Herzens (in der Größe eines Kaninchens) in Professor Dvirs Labor wurde das Potenzial des 3D-gedruckten Herzens in verschiedenen medizinischen Bereichen untersucht. Im Jahr 2020 ging die Bayer AG eine Kooperation ein, um neue Medikamente an menschlichem Herzgewebe zu testen, das von Forschern der Universität Tel Aviv im 3D-Drucker hergestellt wurde. Ziel war es, „ein neues Gebiet zur frühen Bewertung der Sicherheit und Verträglichkeit von Arzneimittelkandidaten zu erschließen.“
Im selben Jahr entstand das Start-up BIOLIFE4D im Bereich des Bioprintings. BIOLIFE4D druckte ein menschliches Miniatur-Herz, indem die (weißen) Blutzellen eines Patienten in iPS-Zellen umprogrammiert und dann in verschiedene Arten von Herzmuskelzellen differenziert wurden. Diese wurden benötigt, um einzelne Herzkomponenten zu drucken. BIOLIFE4D war das erste Unternehmen, das ein menschliches Miniatur-Herz druckte.
Im Jahr 2020 – nach zwei Jahren Forschung – druckte Adam Feinberg mit seinem Team von der Carnegie Mellon University das erste vollständige menschliche Herzmodell im 3D-Drucker unter Verwendung ihrer Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels (FRESH)-Technik. Das Herz des Teams von Feinberg besteht aus einem weichen, natürlichen Polymer namens Alginate, was ihm Eigenschaften verleiht, die denen des echten Herzgewebes ähneln.
„Der Chirurg kann es bearbeiten und es tatsächlich wie echtes Gewebe reagieren lassen, was ihm, wenn er den Operationsbereich betritt, eine realitätsnahe Vorbereitung auf den Eingriff.ermöglicht“, sagte Feinberg.
Diese Herzen aus dem 3D-Drucker stellen ein nützliches Werkzeug für Chirurgen dar, das es ihnen erlaubt, Patienten besser aufzuklären und echte Eingriffe zu planen.
Bevor vollständig funktionsfähige Herzen aus dem 3D-Drucker für Transplantationen zur Verfügung stehen, gibt es noch viele Herausforderungen zu überwinden. 3D-gedruckte Herzen haben noch einen langen Weg vor sich.
Innovationen und neue Technologien im Gesundheitswesen sind es, was uns bei Alcimed antreibt. Wir begleiten Sie gerne dabei, den Bereich des 3D-Drucks im Gesundheitswesen zu erkunden, relevante Partner zu identifizieren und so die Zukunft von morgen zu gestalten!
Über die Autorinnen,
Chaoyue, Consultant und Alice, Project Manager in Alcimeds Healthcare Team in Frankreich
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