3D-gedruckte Herzmuskelschläge

22. August 2023 Conn Hastings Herzchirurgie, Kardiologie, Materialien, Medizin

Forscher der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences haben eine Technik entwickelt, die es ihnen ermöglicht, eine Herzkammer in 3D zu drucken, die dann rhythmisch schlagen kann. Die Technologie könnte es Forschern ermöglichen, Herzmodelle zu entwickeln, um neue Herzmedikamente zu testen, und möglicherweise sogar den Weg für vollständig implantierbare Herzkomponenten ebnen. Bei dieser Methode werden durch Rotationsspinnen kleine Fasern erzeugt, die dann in eine druckbare Hydrogeltinte eingearbeitet werden. Beim 3D-Druck behält diese Tinte ihre gedruckte Struktur und die darin enthaltenen Kardiomyozyten richten sich entlang der Richtung der enthaltenen Fasern aus. Bei Anregung mit Elektrizität schlägt die Struktur entlang der Ausrichtung der Fasern, was den Forschern viel Kontrolle über ihr Verhalten gibt. Die Technik könnte fortschrittlichere Herzmodelle für Arzneimitteltests erschließen und könnte auch eine personalisierte Medizin für Herzpatienten ermöglichen.

Die Biotechnik bietet ein enormes Potenzial für den Ersatz erkrankter Gewebe, aber ein netter Nebeneffekt auf dem Weg zur genauen Nachbildung solcher Gewebe im Labor ist die Schaffung fortschrittlicher In-vitro-Modelle für Arzneimitteltests und personalisierte Medizin. Herzpatienten können von solchen Fortschritten mit dieser neuesten Technologie profitieren, bei der faserinfundierte Geltinte (FIG) als Medium für den 3D-Druck von Herzkomponenten verwendet wird.

„Menschen haben versucht, Organstrukturen und -funktionen nachzubilden, um die Sicherheit und Wirksamkeit von Arzneimitteln zu testen und so vorherzusagen, was im klinischen Umfeld passieren könnte“, sagte Suji Choi, ein an der Studie beteiligter Forscher. „Dieses Konzept ist breit anwendbar – wir können unsere Faserspinntechnik nutzen, um zuverlässig Fasern in den gewünschten Längen und Formen herzustellen.“

Der Ansatz besteht zunächst darin, durch Rotationsspinnen dünne Gelatinefasern herzustellen, was in etwa der Art und Weise ähnelt, wie Zuckerwatte hergestellt wird. Ein an dem Projekt beteiligter Postdoktorand namens Luke MacQueen hatte die Idee, dass das Einbringen solcher Fasern in eine druckbare Hydrogeltinte dazu beitragen könnte, dass diese nach dem Drucken ihre Form behält.

„Als Luke dieses Konzept entwickelte, bestand die Vision darin, den Bereich der räumlichen Maßstäbe, die mit 3D-Druckern gedruckt werden können, zu erweitern, indem der Boden aus den unteren Grenzen herausgelöst und auf den Nanometermaßstab reduziert wird“, sagte Kit Parker, ein beteiligter Forscher in der Studie. „Der Vorteil der Herstellung der Fasern mittels Rotationsstrahlspinnen statt Elektrospinnen besteht darin, dass wir Proteine ​​verwenden können, die sonst durch die elektrischen Felder beim Elektrospinnen abgebaut würden.“

Nach dem Drucken richten sich die Kardiomyozyten im Gel entlang der Fasern aus und schlagen in dieser Ausrichtung, sobald sie mit Elektrizität stimuliert werden.

Studie in der Zeitschrift Nature Materials: Mit Fasern angereicherte Gelgerüste steuern die Ausrichtung von Kardiomyozyten in 3D-gedruckten Ventrikeln

Über: Harvard

Conn Hastings

Conn Hastings erhielt einen Doktortitel vom Royal College of Surgeons in Irland für seine Arbeit im Bereich der Arzneimittelverabreichung. Dabei untersuchte er das Potenzial injizierbarer Hydrogele zur Abgabe von Zellen, Arzneimitteln und Nanopartikeln bei der Behandlung von Krebs und Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Nach seiner Promotion und dem Abschluss eines Jahres als Postdoktorand verfolgte Conn eine Karriere im wissenschaftlichen Verlagswesen, bevor er hauptberuflich Wissenschaftsjournalist und -redakteur wurde und seine Erfahrung in den biomedizinischen Wissenschaften mit seiner Leidenschaft für schriftliche Kommunikation kombinierte.