Forscher drucken personalisierte „intelligente Implantate“ in 4D zur Behandlung von Brustkrebs

Jul 03, 2023

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Forscher der Queen's University Belfast haben personalisierte 4D-gedruckte Implantate zur Behandlung und Behandlung von Brustkrebs entwickelt. Dies soll das erste Mal sein, dass 4D-Druck zur Herstellung von Brustkrebsimplantaten eingesetzt wurde.

Beim 4D-Druck handelt es sich im Wesentlichen um die Herstellung dynamischer 3D-gedruckter Objekte aus sogenannten „intelligenten Materialien“, die ihre Eigenschaften und Morphologie ändern können. Diese Veränderungen können programmiert und genau vorhergesagt werden und werden durch äußere Reize wie Schwankungen des pH-Werts, der Temperatur, der Luftfeuchtigkeit, des Lichts oder der Magnetfelder gesteuert.

Mithilfe dieser Technologie stellte das Forschungsteam Mehrzweck-Brustimplantate her, die so programmiert werden können, dass sie ihre Größe ändern, um besser in die Gewebehöhle einer Patientin zu passen. Dies ermöglicht eine stärkere Personalisierung und verbesserte ästhetische Ergebnisse. Darüber hinaus können die 4D-gedruckten Implantate Chemotherapeutika genau dort freisetzen, wo sie benötigt werden, und so den Patienten vor der Rückkehr von Krebszellen in den betroffenen Bereich schützen.

„Durch die erstmalige Herstellung dieser 4D-gedruckten Implantate kann die Brusthöhle nach der Operation mit einem Implantat abgedeckt werden, das die Elastizität der Brust nachahmt und eine bessere Behandlung des Brustkrebses ermöglicht, indem ein Chemotherapeutikum freigesetzt wird, das „fernhält“. „Die Rückkehr des Tumors“, kommentierte Professor Dimitrios Lamprou, Leiter des Projekts und Lehrstuhlinhaber für Biofabrikation und fortschrittliche Fertigung an der School of Pharmacy der Queen's University Belfast.

Die Forschungsarbeit wurde in der Zeitschrift Science Direct veröffentlicht.

Brustkrebs mit 4D-Druck behandeln

Brustkrebs ist die zweithäufigste Krebsart der Welt. Jedes Jahr treten mehr als 2,3 Millionen Brustkrebsfälle auf, wobei etwa 30 % der Betroffenen an der Krankheit sterben.

Die brusterhaltende Operation ist die primäre Strategie zur Behandlung von Brustkrebs im Frühstadium. Allerdings sind mit dieser Behandlungsmethode häufig lokale Krebsrezidive und Brustgewebeverlust verbunden. Darüber hinaus erhöht der Einsatz von Strahlentherapie und systemischer Therapie zwar die Überlebenschancen des Patienten, führt jedoch zu längeren Behandlungsdauern und unangenehmen Nebenwirkungen. Das Team der Queen's University behauptet, eine attraktive Alternative zu diesen Methoden entwickelt zu haben.

Angesichts der Heterogenität zwischen Individuen und Tumoren argumentieren die Forscher, dass „ein patientenzentrierter Ansatz von grundlegender Bedeutung“ für die Behandlung von Brustkrebs sei. Hier kommt die additive Fertigung ins Spiel. Die Forscher argumentieren, dass der 4D-Druck eine Chance bietet, die Behandlung von Brustkrebs durch die Entwicklung „intelligenter Implantate“ zu verbessern.

Mithilfe des 3D-CAD-Designtools Tinkercad und eines 3D-Biodruckers Cellink Bio Die Implantate wurden außerdem mit Doxorubicin (DOX) beladen, einem gängigen Chemotherapeutikum, das dann konzentriert und gezielt verabreicht werden konnte, um die Wahrscheinlichkeit eines Wiederauftretens des Krebses zu verringern.

„Chemotherapie spielt eine entscheidende Rolle bei der Behandlung von Brustkrebs, ist jedoch mit schwerwiegenden Nebenwirkungen verbunden“, erklärte Dr. Niamh Buckley, Dozent an der School of Pharmacy und verantwortlich für die In-vitro-Bewertung der Implantate. „Der Einsatz einer solchen Technologie, die eine konzentrierte Abgabe des Arzneimittels genau dort ermöglicht, wo es benötigt wird, kann dazu beitragen, die Behandlung effektiver und schonender zu gestalten.“

Die Forscher stellten außerdem fest, dass Magnetresonanztomographie (MRT) oder computerisierte axiale Tomographie (CAT)-Scans verwendet werden könnten, um das Implantat an die Bedürfnisse des Patienten anzupassen. Darüber hinaus kann sich das 4D-gedruckte „intelligente Gerät“ nach der Implantation ausdehnen, um sich besser an den Körper des Patienten anzupassen. Diese Größen- und Formänderung erfolgt als Reaktion auf die interstitiellen Flüssigkeiten des Patienten (die Flüssigkeiten, die die Lücken zwischen den Zellen füllen) und bietet ein zusätzliches Maß an Anpassung an das Profil des Patienten.

Dank ihrer geringen Größe sind diese Brustimplantate zudem erschwinglich und einfach herzustellen. Dadurch können sie in Krankenhäusern auf eine direkte und personalisierte Behandlung vorbereitet werden, was die Kosten senkt und den Patienten bessere Optionen bietet.

3D-Bioprinting und Krebsbehandlung

Diese Forschung spiegelt einen wachsenden Trend zum Einsatz additiver Fertigungstechnologie wider, um Krebspatienten sowohl während als auch nach der Behandlung zu helfen. Letztes Jahr wurde beispielsweise bekannt gegeben, dass Forscher der Laval University in Kanada ein neuartiges 3D-gedrucktes Hydrogel entwickelt haben, das zur Behandlung von Gebärmutterhalskrebs eingesetzt werden könnte.

Das Gel besteht aus einem wärmeempfindlichen Polymer gemischt mit Goldnanopartikeln und wurde für die lokale Anwendung in der Vagina entwickelt, wo es dann Medikamente direkt in den Gebärmutterhals von Krebspatientinnen transportieren kann. Darüber hinaus stellte das Forschungsteam fest, dass Scandaten mit weiterer Forschung und Entwicklung genutzt werden könnten, um ihr Hydrogel an die Anatomie bestimmter Patienten anzupassen.

An anderer Stelle kündigte das führende US-amerikanische Unternehmen für additive Fertigung, 3D Systems, kürzlich Pläne für ein Regenerative Tissue Program (RPT) an, das darauf abzielt, biogedrucktes menschliches Gewebe zu entwickeln und zu kommerzialisieren. Das erste in der Entwicklung befindliche RPT-Produkt bezieht sich auf patientenspezifisches regeneratives Brustgewebe (RBT).

Dieses Gewebe deckt den wachsenden Bedarf an regenerativer Brustrekonstruktion nach Brustkrebs. 3D Systems behauptet, dass es durch die Kombination von 3D-Modellierung und 3D-Bioprinting mit seinem Virtual Surgical Planning (VSP)-System biointegrative Gerüste entwerfen und produzieren kann, die der Anatomie und Physiologie des Patienten entsprechen.

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Alex ist Technologiejournalist bei 3D Printing Industry und recherchiert und schreibt gerne Artikel zu einer Vielzahl von Themen. Er besitzt einen BA in Militärgeschichte und einen MA in Kriegsgeschichte und hat ein großes Interesse an additiven Fertigungsanwendungen in der Verteidigungs- und Luft- und Raumfahrtindustrie.