Für Forschung und Ausbildung Mit Organen aus dem 3D-Drucker üben

So entstehen Organe im 3D-Druck.
So entstehen Organe im 3D-Druck.

Um die Zahl von Spenderorganen zu reduzieren sowie Medizinern zu helfen, komplizierte Eingriffe zu trainieren – dazu stellen Medizintechniker Organe im 3D-Druck her.

Um die im 3D-Druck hergestellten Organe in der Forschung und Medizinerausbildung nutzen zu können, werden zu Beginn des Projektes umfangreiche Analysen von Material- und Organeigenschaften stehen am Beginn des Projekts. Die so gewonnenen Daten werden dann Rezepte für 3D-Druckern liefern, die Materialeigenschaften nach Bedarf produzieren können.

Denn auch Mediziner müssen üben –  idealerweise nicht gleich am lebenden Objekt. Üblicherweise werden für ihre Aus- und Weiterbildung zahlreiche Spenderorgane eingesetzt, die nur einmal und kurzzeitig verwendbar sind. Um komplexe Operationen mehrmals an derselben Gewebeprobe durchzuführen, braucht es neue Zugänge – beispielsweise mittels 3D-Drucks.

Die Grundlagen für das Projekt hat ein Team um Prof. Dieter Pahr vom Fachbereich Biomechanik der Karl Landsteiner Privatuniversität Krems (KL Krems) gelegt: Zusammen mit der ACMIT GmbH in Wiener Neustadt und der TU Wien will er realitätsnahe Gewebe- und Organmodelle auf dem 3D-Drucker erstellen.

Realitätsnahe Organe aus dem Printer

Tatsächlich werden 3D-Drucker im medizinischen Alltag schon eingesetzt, beispielsweise um Modelle komplexer Operationssituationen zu schaffen. Daran können räumliche Gegebenheiten besser erfasst und Handgriffe geübt werden. Doch mangelt es den Modellen bisher an realitätsnahen Gewebeeigenschaften. Genau hier setzt das von der NÖ Forschungs- und Bildungsges.m.b.H. (NFB) geförderte Projekt an. Dazu Prof. Dieter Pahr: »Als Grundlage eines verbesserten 3D-Drucks für medizinische Modelle werden wir zunächst genau jene biomechanischen Eigenschaften identifizieren, die maßgeblichen Einfluss auf das gefühlte Gewebe- und Organverhalten haben. Daran anschließend werden wir untersuchen, welche Materialien sich für den 3D-Druck überhaupt eignen, was für Eigenschaften diese besitzen und welche realitätsnahen Mikrostrukturen druckbar sind.« Anhand dieser fundamentalen Untersuchungen wird das Team anschließend erste Testprints mit geeigneten 3D-Druckmethoden durchführen.

Bei der Analyse dieser ersten Testprints unterstützt um Prof. Pahr ein Labor für Materialuntersuchungen mit enger klinischer Anbindung an der KL Krems. Mechanische Struktur- und Materialprüfungen können hier genauso erfolgen wie CNC-Fertigung oder moderne Gewebeaufbereitung. Auch ein Röntgen-Mikrocomputertomograf, der eine 3D-Röntgenbildgebung von feinsten, inneren Strukturen erlaubt, steht dort zur Verfügung.  Geräte zur Bildanalyse und Mikroskopie sowie die neuste  IT-Infrastruktur ergänzt den Tomograph. So können die anhand der Analysedaten zu erwarteten Gewebeeigenschaften mit den im 3D-Print tatsächlich erzielten verglichen werden. »So werden wir ein Computer-Modell entwickeln, das es erlaubt, die mechanischen Eigenschaften eines 3D-gedruckten Gewebes anhand der Materialauswahl und der Druckeinstellungen vorherzusagen«, erklärt Prof. Dieter Pahr.

»Wir werden die Vorhersagen immer wieder mit tatsächlich erzielten Druckergebnissen vergleichen und das System ständig weiter optimieren. Schlussendlich werden wir ein System entwickeln, dem die benötigten Gewebeeigenschaften als Input dienen und das ein Rezept für benötigte Ausgangsmaterialien und Druckgeometrien als Output liefert.«

Das wäre ein signifikanter Fortschritt, der eine hohe Individualisierung und Realitätsnähe der für medizinische Zwecke notwendigen Gewebe- und Organmodelle ermöglichen würde. Die Verbindung von Materialforschung, medizinischem Know-how und Expertise in Erstellung von Computermodellen steht dabei exemplarisch für die gesamte Forschung an der KL Krems, die sich auf Nischenfelder in gesundheitspolitisch relevanten Brückendisziplinen konzentriert.