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Adapter für das Tissue Engineering per Mikrospritzguss

Simulationsbild einer mechanischen Anbindungslösung. Die Adapter sollen im Mikrospritzgießverfahren gefertigt werden. Foto: KUZ

Am Kunststoff-Zentrum in Leipzig (KUZ) wird ein Adapter zum Verbinden von Gefäßstrukturen entwickelt; hergestellt werden soll er mittels Mikrospritzguss.

Das Ziel des am KUZ laufenden Forschungsprojekts „Perfusionsadapter: Verbinden von Gefäßstrukturen“ ist die Entwicklung einer Adaptertechnologie, die per Mikrospritzguss hergestellt wird. Mit der Adaptertechnologie können sowohl künstliche Blutgefäßstrukturen zur Zellkultivierung im 3D-Tissue-Engineering als auch natürliche Blutgefäße in der Transplantationsmedizin an externe Perfusionssysteme angekoppelt werden.

3D-Gewebestrukturen entstehen mittels additiver Fertigungstechnologien

Das Verfahren des Tissue Engineerings (Gewebekonstruktion) als Teilgebiet der regenerativen Medizin bietet die Möglichkeit, durch künstliche Herstellung biologischer Gewebestrukturen krankes Gewebe von Patienten zu regenerieren oder zu ersetzen. Mit Hilfe einer Verfahrenskombination mit additiven Fertigungstechnologien können mit der sogenannten Biofabrikation sogar dreidimensionale Gewebestrukturen hergestellt werden. Dies soll zukünftig die Herstellung von Organbestandteilen bis hin zum Drucken kompletter Organe ermöglichen.

Für das 3D-Tissue-Engineering müssen zur ausreichenden Zellkultivierung innerhalb der 3D-Stützstruktur Perfusionshilfen in Form von permeablen Hohlfasern integriert werden. Diese sorgen dafür, dass die zur Zellkultivierung notwendige, sauerstoffreiche Nährlösung in das Innere der 3D-Stützstruktur dringt und ausreichend zirkulieren kann.

Mikrospritzgießmaschine Formica-Plast wurde am KUZ entwickelt

Mögliches Funktionsprinzip eines Perfusionsadapters zur Ankopplung von natürlichen und künstlichen Blutgefäßstrukturen (Hohlfaser). Foto: KUZ

Die Hohlfasern sind aufgrund ihrer kleinen Dimensionen und ihrer individuellen mechanischen Eigenschaften nicht mit gängigen Verbindungselementen kompatibel. Zur gesicherten Ankopplung der Hohlfasern an externe Perfusionssysteme wird daher eine mehrteilige Mikroadaptertechnologie entwickelt, welche das sichere Handling des Gesamtsystems ermöglichen soll. Diese Mikro-Adapter werden aufgrund ihres geringen Bauteilgewichts und ihrer Dimensionen für die Herstellung im Mikrospritzgießverfahren, insbesondere auf der im KUZ entwickelten Zweistufen-Kolbenspritzgießmaschine Formica-Plast, realisiert. Hierfür müssen die Adapterlösungen sowohl hinsichtlich funktionaler als auch prozess- bedingter und medizintechnischer Merkmale konzipiert werden.

Adapter für die Transplantationsmedizin

Aufgrund der minimalen Bauteildimensionen wird weiterhin eine Ankopplungshilfe, also Füge- beziehungsweise Trennvorrichtung, entwickelt und bereitgestellt. Nachdem die Ankopplung für künstliche Perfusionsstrukturen für das 3D-Tissue-Engineering qualifiziert ist, wird weiterhin die Anwendung der Adaptertechnologie für das schonende und lösbare Ankoppeln von natürlichen Blutgefäßen in der Transplantationsmedizin (normothermische und hypothermische Maschinenperfusionssysteme) für Empfänger von Spendeorganen transferiert und qualifiziert.

Das Projekt wird im engen Wissensaustausch mit dem FILK – Forschungsinstitut für Leder und Kunststoffbahnen in Freiberg durchgeführt, das intensiv an der Herstellung von 3D-Stützstrukturen und Perfusionshilfen aus Kollagen im 3D-Tissue-Engineering forscht.

sk