Medizintechnik 11.11.2011, 12:05 Uhr

Künstliche Blutgefäße durch Rapid Prototyping

Kunstarterien überbrücken verstopfte Adern und versorgen Transplantate mit Blut. Neue Techniken sollen Engpässe bei kleinlumigem und körperverträglichem Gefäßersatz beseitigen.

Rund 90 000 Bypässe wurden 2010 in Deutschland transplantiert. Gefäßprothesen aus körperverträglichen Kunststoffen ersetzen bisher aber nur groß- und mittelkalibrige Arterien. „Kleinlumiger, verzweigter Gefäßersatz steht derzeit nicht bereit“, sagt Günter Tovar, Ingenieur und Projektleiter am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart.

Das soll sich ändern. Künstliche Kapillargefäße aus elastischen Biomaterialien fertigen die Fraunhofer-Forscher mit dem Tintenstrahldrucker und einer dem Rapid Protoyping entlehnten Technik.

„Die biokompatiblen Kapillaren könnten zudem Gewebe und Organe außerhalb des Körpers mit Nährstoffen versorgen. Sie werden beispielsweise für Transplantationen und Testsysteme für Medikamente benötigt“, erklärt Tovar.

Künstliche Blutgefäße versorgen Gewebe und Organe außerhalb des Körpers

Der 3-D-Tintenstrahldrucker trägt zügig flüssiges Elastomer in Schichten auf. An den Kontaktstellen reagieren die Lagen chemisch miteinander und legen so die Mikrostrukturen an. Dann kommt der Multiphotonenlaser zum Einsatz. Hierdurch vernetzt sich das Material stabil. „Dadurch wird das Polymer fest, bleibt aber so flexibel und elastisch wie natürliche Materialien“, erläutert der IGB-Experte. Selbst feinste Strukturen nach einem dreidimensionalen Bauplan werden möglich.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Heraeus Site Operations GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Projektleiter (m/w/d) für Bauprojekte Heraeus Site Operations GmbH & Co. KG
SWR Südwestrundfunk Anstalt des öffentlichen Rechts-Firmenlogo
Experte / Expertin Bauwesen (w/m/d) in der Abteilung Gebäudemanagement / Verwaltung Mainz SWR Südwestrundfunk Anstalt des öffentlichen Rechts
ai6 SOLUTIONS GmbH-Firmenlogo
Entwickler Mechanik / Konstruktion (m/w/d) ai6 SOLUTIONS GmbH
Dessau-Roßlau Zum Job 
J.P. Sauer & Sohn Maschinenbau GmbH-Firmenlogo
Elektroingenieur (m/w/d) Produktindustrialisierung J.P. Sauer & Sohn Maschinenbau GmbH
Schleifring GmbH-Firmenlogo
Key Account Manager Sicherheit und Verteidigung (m/w/d) Schleifring GmbH
Fürstenfeldbruck Zum Job 
Schöpflin Stiftung-Firmenlogo
Head of Operations (m/w/d) Schöpflin Stiftung
Lörrach Zum Job 
KLEBL GmbH-Firmenlogo
Technischer Angestellter (m/w/d) Nachhaltigkeitsmanagement im Bereich Hochbau KLEBL GmbH
Neumarkt Zum Job 
Niedersächsische Landesbehörde für Straßenbau und Verkehr-Firmenlogo
Bauingenieur - Sachgebietsleitung Kreisstraßenmanagement (w/m/d) Niedersächsische Landesbehörde für Straßenbau und Verkehr
Humboldt-Universität zu Berlin Abteilung Haushalt und Personal Referat Personalwirtschaft III C 6-Firmenlogo
Ingenieur*in Nachrichtentechnik (m/w/d) Humboldt-Universität zu Berlin Abteilung Haushalt und Personal Referat Personalwirtschaft III C 6
Staatliches Gewerbeaufsichtsamt Braunschweig-Firmenlogo
Ingenieur/-in / Naturwissenschaftler/-in (m/w/d) für den Einsatz im Bereich Medizintechnik/-Produkte Staatliches Gewerbeaufsichtsamt Braunschweig
Braunschweig Zum Job 
Aerologic GmbH-Firmenlogo
Engineer Aircraft Reliability & Maintenance Program (m/f/x) Aerologic GmbH
Schkeuditz Zum Job 
Seppeler Holding & Verwaltungs GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Verfahrenstechniker / Ingenieur Verfahrenstechnik (m/w/d) Seppeler Holding & Verwaltungs GmbH & Co. KG
Rietberg Zum Job 
Hallesche Wasser und Stadtwirtschaft GmbH-Firmenlogo
Kalkulator Tiefbau (m/w/d) für den Bereich Wasser/Abwasser Hallesche Wasser und Stadtwirtschaft GmbH
Halle (Saale) Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur (w/m/d) konstruktiver Ingenieurbau Die Autobahn GmbH des Bundes
GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH-Firmenlogo
Ingenieur*in oder Physiker*in (d/m/w) GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH
Darmstadt Zum Job 
GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH-Firmenlogo
Ingenieur*innen (d/m/w) GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH
Darmstadt Zum Job 
noris network AG-Firmenlogo
Senior Datacenter Engineer / Elektroingenieur (m/w/d) - Fokus Infrastruktur & Systemstabilität noris network AG
Nürnberg Zum Job 
Landkreis Grafschaft Bentheim-Firmenlogo
Klimaschutzkoordinator*in (m/w/d) Landkreis Grafschaft Bentheim
Nordhorn Zum Job 
Netzgesellschaft Potsdam GmbH-Firmenlogo
Projektleiter / Bauleiter (m/w/d) Netzbau und Anlagenbau Strom Netzgesellschaft Potsdam GmbH
Potsdam Zum Job 
Infraserv GmbH & Co. Höchst KG-Firmenlogo
Ingenieur Messstellenbetrieb Erdgas, Wasser und Wärme (w/m/d) Infraserv GmbH & Co. Höchst KG
Frankfurt am Main Zum Job 

Anschließend werden die künstlichen Blutgefäße biofunktionalisiert, damit lebende Körperzellen an ihnen andocken können. Dazu integrieren die Forscher biologische Strukturen – Ankerproteine und Heparin zur Verhinderung von Gerinnseln – in die Innenwände.

Spezielle Drucktinten aus Hybridmaterialien, die eine Mischung aus synthetischen und natürlichen Polymeren enthalten, erleichtern den Vorgang. Aufgrund der Biofunktionalisierung können sich Endothelzellen, die im Körper die innerste Wandschicht eines jeden Blutgefäßes bilden, besser anheften.

Künstliche Blutgefäße werden durch Biofunktionalisierung kompatibel

„Die Auskleidung ist wichtig, damit die Bestandteile des Blutes nicht kleben bleiben, sondern weitertransportiert werden“, so Tovar. Nur wenn es gelingt, eine komplette Schicht lebender Zellen anzusiedeln, kann das Gefäß so arbeiten wie sein natürliches Vorbild.

Am Ende könnten künstliche Blutgefäße an einen Kreislauf angebunden werden, um auch Organe mit Nährstoffen zu versorgen, hoffen die Forscher. Einzelne Schritte des vollautomatisierten Verfahrens haben sie bereits erfolgreich getestet. Ende des Jahres soll der komplette Prozess in einer prototypischen Anlage erprobt werden.

Die Entwicklung künstlicher Blutgefäße stößt bislang nicht nur aufgrund verfahrenstechnischer Herausforderungen an Grenzen. Eines der größten Probleme ist die Abstoßungsreaktion des Körpers.

Abstoßungsreaktion des Körpers eines der größten Probleme künstlicher Blutgefäße

Deshalb setzen manche Forscher auf resorbierbare Materialien. Wenn sie sich aufzulösen beginnen, nimmt körpereigenes Material, meist Kollagen und Bindegewebe, den Platz ein. Das Prinzip kommt bereits bei resorbierbarem chirurgischem Nahtmaterial zum Einsatz.

Den Ansatz verfolgte ein vom Bundesforschungsministerium initiiertes Projekt für die Entwicklung eines bioartifiziellen Gefäßersatzes. Beteiligt war die mittelständische Medizintechnikfirma Jotec aus Hechingen in Baden-Württemberg. Sie hat eine Kollagenmatrix mit Poren entwickelt, deren Größe so gesteuert werden kann, dass patienteneigene Zellen in die Matrix eindringen und in Kontakt mit den Endothelzellen der Gefäßinnenwand treten können. Das Kollagen soll allmählich vom Organismus resorbiert und durch körpereigenes Material ersetzt werden.

So weit die Theorie. In der Praxis kam das Vorhaben nur bis zum Tierversuch. „Wir verfolgen das Projekt nicht weiter, es gibt zu viele ungelöste Probleme“, erklärt Marketingleiterin Kerstin Ragnitz.

US-Forscher an den Universitäten Duke, East Carolina und Yale hingegen beschichteten eine röhrenförmige Matrix aus Polyglykolsäure mit menschlichen Muskelzellen und ließen sie mit Wachstumsfaktoren auf dem Gewebe wachsen. Die Kunststoffmatrix löste sich nach und nach auf und hinterließ ein röhrenförmiges Gerüst. Die Zellen, die keine Abwehrreaktion des Immunsystems auslösen können, nahmen die vorgeprägte Spur auf.

Ein Beitrag von:

  • Silvia von der Weiden

    Silvia von der Weiden hat Astronomie, Physik und Molekularbiologie studiert und danach eine Ausbildung zur Wissenschaftsjournalistin absolviert. Für die VDI-Nachrichten schreibt sie seit vielen Jahren regelmäßig über aktuelle Themen aus Forschung und Technik.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.