3D-gedruckte Leberanleitung für die Hände von Transplantationschirurgen

Der dreidimensionale Druck verändert die Operationslandschaft, aber implantierbare gedruckte Organe sind noch eine Weile entfernt.

Zuerst kamen Röntgenstrahlen und dann CT-Scans und dann MRTs. Die Technologie bietet Chirurgen jetzt nicht nur die beste Sicht auf so komplexe Organe wie Herz und Leber; Es erlaubt ihnen auch, genaue Nachbildungen der Organe in ihren Handflächen zu halten.

Die Cleveland Clinic gehört zu einer Handvoll Institutionen im Land, die dreidimensionale Drucktechnologie verwenden, um genaue Modelle von zu erstellen menschliche Organe. Chirurgen des Medizinischen Zentrums nehmen eine exakte Nachbildung der Leber eines Patienten mit in den Operationssaal.

Die Idee ist, die Anatomie des erkrankten Organs während der Operation besser zu verstehen. Ein Chirurg kann mit herkömmlichen bildgebenden Verfahren nicht immer genau sagen, wo sich die Blutgefäße in der Leber befinden. Sie können so nahe an der Oberfläche sein, dass sie Gefahr laufen, mit einem Skalpell eingekerbt zu werden.

Die Modellleber zeigt die genaue Position der Gefäße an, sodass der Chirurg präzise operieren kann .

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Dr. Nizar Zein von der Cleveland Clinic sagte gegenüber Healthline, dass er die Lebermodelle bereits während der Operation verwendet. Es ermöglicht Ärzten, sich während der Operation eine Auszeit zu nehmen und sich mit dem Ort des Eingriffs vertraut zu machen.

Er sagte, dass Patienten in die Cleveland Clinic kamen, nachdem sie von anderen Institutionen abgelehnt worden waren. Eine Leberoperation ist äußerst riskant und kann durch andere Faktoren noch komplizierter werden – zum Beispiel durch die Lokalisation von Tumoren. Die Models haben es der Cleveland Clinic ermöglicht, selbst die schwierigsten Fälle zu übernehmen, sagte Zein.

Aber was muss passieren, bevor Ärzte echte Lebern, Herzen und andere Organe zur Transplantation in Menschen drucken können?

Es stehen mehrere Hürden im Raum der Weg. Einer davon ist, allgemein verfügbare Materialien zu finden, die für die Verwendung im Körper geeignet sind, sagte Jordan Miller, Assistenzprofessor für Bioingenieurwesen an der Rice University. „Bisher wurde auf harten, trockenen und steifen Materialien hergestellt. Aber der Körper ist weich und nass. Es übersetzt nicht.“

Die Sicherheit der Materialien müsste auch von einer Aufsichtsbehörde wie der US-amerikanischen Food and Drug Administration bewertet werden, sagte Miller.

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Er sagte Healthline, dass er an einer noch größeren Herausforderung arbeitet zu lösen ist, wie man das riesige Netzwerk von Blutgefäßen eines Menschen in gedruckten Organen nachbildet. „Das Blutgefäßnetzwerk in der Leber oder Niere ist ziemlich schön, aber aus technischer Sicht ist es ziemlich erschreckend“, sagte er.

Funktionelle gedruckte Organe müssen aus Menschen hergestellt werden Gewebe und Zellen. Wissenschaftler müssen noch herausfinden, wie sie verhindern können, dass menschliche Zellen während des Druckprozesses absterben.

Durch die moderne Wissenschaft können Haut- oder Fettzellen in Stammzellen umgewandelt werden, die dann zu Zellen gezüchtet werden können jeglicher Art. Aber es braucht eine enorme Anzahl von Zellen, um ein funktionierendes menschliches Organ herzustellen, sagte Miller. Er versucht, einen Weg zu finden, um die Zellen in 3D-gedruckten Organen richtig durchbluten oder vaskularisieren zu lassen. Andernfalls können sie in einer so dichten Umgebung keinen Sauerstoff und keine Nährstoffe aufnehmen und sterben.

Aber Wissenschaftler arbeiten auf das Ziel hin, lebende Lebern, Herzen und andere Organe für die Transplantation zu drucken. Aufgrund der Knappheit an gespendeten Organen, die nur für kurze Zeit verwendet werden können, könnte dieser Fortschritt unzählige Leben retten.

„Wenn ein Transplantationschirurg eine Leber bekommt, geht sie nur um ein paar Stunden am Leben zu bleiben, und Sie müssen sehr schnell einen Empfänger finden “, sagte Miller. „Was wäre, wenn wir etwas drucken könnten, das über ein Gefäßsystem verfügt, das Sie direkt anschließen könnten? Das ist die größte Herausforderung in unserem Bereich.“

David Frakes, Assistenzprofessor für Bioingenieurwesen an der Arizona State University in Tempe, arbeitet in einem ähnlichen Programm zur Cleveland Clinic. Er hat sich mit dem Children's Hospital of Philadelphia zusammengetan, das für seine Operationen exakte Herznachbildungen druckt.

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Er sagte Healthline, er sei erfreut zu sehen, dass seine Arbeit so schnell einen Unterschied in der Medizin macht. „Als Bioingenieure arbeiten wir fünf Jahre, wenn wir Glück haben – eher 10 oder 20 – bevor wir etwas entwickeln, das in die Medizin einfließen und das Leben der Menschen beeinflussen kann. Chirurgen arbeiten mit ihren Händen im realen Raum. Sie befinden sich nicht in einer virtuellen 3D-Umgebung.“

Forscher des Kinderkrankenhauses von Philadelphia planen, die Ergebnisdaten von Patienten zu verfolgen, deren Ärzte während der Operation eine gedruckte Kopie verwendet haben. „Dies ist eine aufregende Sache, die quantifizierbare Daten liefern wird“, sagte Frakes. „Gedruckte Organe sind super cool, und jeder liebt es, anekdotisch darüber zu sprechen, aber bisher wurden noch keine Studien durchgeführt.“

Zein sagte, dass es wahrscheinlich 10 bis 15 Jahre dauern wird, bis Ärzte dazu in der Lage sind eine Orgel auszudrucken und sie jemandem einzulegen. „Es ist nicht in sehr, sehr großer Entfernung“, sagte er. „Das hat sich konzeptionell bewährt. Ob wir ein voll funktionsfähiges Organ mit bestimmten Zwecken erreichen können oder nicht, bin ich mir nicht sicher, aber es ist zu diesem Zeitpunkt sicherlich ein erreichbares Ziel.“

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