Durch Biotine entsteht Augenlicht aus dem 3D-Drucker

An innovativen Verfahren für der Herstellung von Augenprothesen, die es ermöglichen, patientenspezifische Corneas mittels 3D-Druck herzustellen, forschen weltweit eine Handvoll Wissenschaftler. Dass eine solche Implantat-Herstellung das Leben von Millionen Menschen, die an Hornhauterkrankungen leiden, erheblich verbessern könnte, steht außer Frage. Aber auch der deutlich geringere Kosten- und Zeitaufwand bei einer gleichbleibend hohen Qualität sind durchaus gewünschte Effekte. Nun wurden Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und ihre Industriepartner Carl Zeiss Meditec AG und Evonik Healthcare mit ihrem Projekt beim Innovationswettbewerb NEULAND mit dem Ideenpreis ausgezeichnet.

Maßgeschneiderte Cornea aus dem 3D-Drucker

Hornhauterkrankungen sind weit verbreitet und betreffen insbesondere ältere Menschen, deren Sehvermögen durch Verformungen oder Verlust der Transparenz der Hornhaut stark eingeschränkt wird. Traditionelle Behandlungsmethoden sind oft auf Hornhautspenden angewiesen, was zu langen Wartezeiten und Risiken von Abstoßungsreaktionen führen kann. Hier setzt das innovative Verfahren an, das dem Team von VisioPrinTech rund um Prof. Dr. Ute Schepers und Dr. Stefan Bräse die begehrte NEULAND-Trophäe sicherte.

Das Projekt „VisioPrinTech“ nutzt eine spezielle Biotinte, die aus patienteneigenen Stammzellen und chemisch-modifizierten Collagenfasern besteht. Mit einem laserbasierten 3D-Drucker können diese Zellen präzise platziert werden, um transparente und funktionsfähige Hornhäute zu erzeugen. Diese Methode minimiert das Risiko von Abstoßungsreaktionen und könnte eine vielversprechende Alternative zur herkömmlichen Transplantation darstellen. Die Technologie wird nun in Zusammenarbeit mit den Unternehmen Carl Zeiss Meditec AG und Evonik Healthcare skaliert und in ersten Kleinserien produziert und getestet.

„Biotine“ auf Gelatinebasis in der Medizintechnik

Additive Fertigungsverfahren, insbesondere der 3D-Druck, finden zunehmend Anwendung in der Medizin und den Biowissenschaften, vor allem weil sie maßgeschneiderte 3D-Gerüststrukturen ermöglichen, die als vielversprechende Alternativen zu herkömmlichen 2D-Zellkultursystemen dienen.

Im Gegensatz zu herkömmlichen 3D-Druckmaterialien wie Thermoplaste, zum Beispiel zur Herstellung von Otoplastiken, müssen zell-enthaltende Biotinten ganz andere spezifische mechanische und biologische Anforderungen erfüllen. Diese umfassen eine Matrixsteifigkeit, die an das Zielgewebe angepasst ist, eine hohe Porosität für homogenes Zellwachstum und eine ausreichend hohe Diffusionskapazität zur Sicherstellung der Nährstoffversorgung.

Die Herausforderung beim Materialdesign besteht also darin, einen Kompromiss zwischen optimalen Druckeigenschaften und diesen biomedizinischen Anforderungen zu finden. Lichtaushärtbare Hydrogele auf Gelatinebasis haben sich als vielversprechende Materialien für das 3D-Bioprinting etabliert.

Innovationen gehören beim KIT einfach dazu

Der Innovationswettbewerb NEULAND, der in diesem Jahr zum zwölften Mal stattfand, bietet Forschenden und Promovierenden des KIT eine Plattform, um ihre innovativen Projekte vorzustellen. Neben Geldpreisen im Gesamtwert von 9.000 Euro erhalten die Gewinner Unterstützung vom Innovationsmanagement des KIT beim Transfer ihrer Ideen in die Praxis. Der Wettbewerb fördert so nicht nur den wissenschaftlichen Fortschritt, sondern auch die praktische Anwendung besonders vielversprechender Innovationen.

Mit dem laserbasierten 3D-Druck von patientenspezifischen Corneas wird ein bedeutender Schritt in Richtung personalisierte Medizin und effiziente Behandlung von Hornhauterkrankungen gemacht. „Die Ersten“ in diesem Bereich waren übrigens „Click2Print Artificial Eyes“ vom Fraunhofer IGD. Gemeinsam mit dem Moorfields Eye Hospital in London hat das Institut einen ganzheitlichen Prozess – von der Software, der Fertigung bis hin zur Versorgung – entwickelt. Hier sind die 3D-gedruckten Prothesen allerdings aus Kunststoff.