Reproducing biological tissues

Reproduktion von biologischen Geweben mittels 3D-Druck im Hinblick auf ihre mechanischen Eigenschaften

Der 3D-Druck, auch bekannt als additive Fertigung (AM) oder Rapid Prototyping, ist zu einem vielseitigen Werkzeug mit einem breiten Anwendungsbereich wie Fertigung, Kunst, Design und Medizin geworden. Im Bereich der biomedizinischen Technik hat sich AM nicht nur im Tissue-Engineering für Druckgerüste und in der Biomechanik für patientenspezifische Prothesen großer Beliebtheit erfreut, sondern es wurde auch als Instrument zur Herstellung realistischer 3D-Modelle vorgeschlagen. Beispielsweise bietet die individuelle Modellierung patientenspezifischer Prothesene über AM eine hervorragende Gelegenheit für Chirurgen, Vorgänge vorher zu üben. Studien haben gezeigt, dass dabei die Operationszeit reduziert und das Vertrauen des Arztes erhöht wird, was zu kürzeren Bestrahlungszeiten und niedrigeren Kosten führt. Obwohl bereits über 3D-Modellierungsansätze für die präoperative Planung berichtet wurde, ist noch ein genauerer Blick auf die mechanischen Eigenschaften der gedruckten Materialien erforderlich. Gegenwärtig fehlt diesen Modellen die genaue Darstellung der Gewebebiomechanik. Dies erfordert ein Verfahren zur Feinabstimmung der mechanischen Eigenschaften der 3D-Druckmaterialien, um den in-vivo-Bedingungen genau zu entsprechen. In diesem Projekt wird der 3D-Druck auf die Aufgabe angewendet, Materialien herzustellen, die biologische Gewebe und organähnliche Strukturen hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften imitieren. Die bedruckten Tücher können patientenspezifisch für die präoperative Planung sein sowie standardisiert für Anwendungen in der Forschung sein, die sich mit der Entwicklung neuartiger Operationstechniken, Implantationstechnologien und anderer medizinischer Geräte befassen. Einer der Anreize besteht darin, den Bedarf an Spenderorganen zu begrenzen und die Variabilität der in der Forschung verwendeten Organe zu reduzieren. Aufgrund der Tatsache, dass die Möglichkeiten des 3D-Drucks derzeit rapide zunehmen, kann diese Forschung auch als Grundlage für noch mehr Anwendungen in Bezug auf gedruckte Orgeln angesehen werden, die möglicherweise mit zukünftiger Technologie möglich sind. Die Hauptziele dieses Projekts sind:
die Etablierung eines Testprotokolls zur Erfassung charakteristischer biomechanischer Parameter verschiedener Gewebe, die Entwicklung von Softwarewerkzeugen zur Erreichung dieser Parameter in 3D-gedruckten Strukturen (basierend auf geeigneten Materialkombinationen und deren räumlicher Verteilung sowie Nachbearbeitungsverfahren), deren Druck Geweberepliken neben der Validierung ihrer mechanischen Eigenschaften durch Vergleich mit den tatsächlichen Gewebeeigenschaften. Alle Anweisungen zur Herstellung dieser Modelle müssen in einer sogenannten "Toolbox" enthalten sein.