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Mit Biotinte aus eigenen Stammzellen

Sehkraft aus dem 3D-Drucker: Hornhaut nach Maß im OP herstellen

18. Juni 2024, 9:30 Uhr | mit Material des KIT (uh)

Forschenden des KIT ist es gelungen, mit Stammzellen des Patienten eine personalisierte Hornhaut im OP zu drucken. Die Methode soll die Abhängigkeit von Organspenden verringern.

Per 3D-Druck und mit Biotinte aus patienteneigenen Stammzellen lassen sich Hornhäute im OP herzustellen. Eine neue laser-basierte Methode des KIT könnte die Augenheilkunde stark verändern: Sie ruft wenig Abstoßungen hervor und verringert die Abhängigkeit von Hornhautspenden für die Transplantation.

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Wer eine neue Hornhaut braucht, kommt auf eine Warteliste. Denn wenn die eigene Hornhaut nicht mehr klar und durchsichtig ist und andere augenärztliche Therapien nicht mehr in Frage kommen, braucht es zumeist noch menschliche Spender für eine Transplantation. Und die sind rar.

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hat in Zusammenarbeit mit Carl Zeiss Meditec und Evonik Healthcare eine neue Methode entwickelt, die Patienten schnell und personalisiert eine neue Hornhaut geben soll. Mit dem laserbasierten 3D-Druckverfahren und einer speziell entwickelten Biotinte aus patienteneigenen Stammzellen und chemisch modifizierten Collagenfasern können während einer Operation direkt im OP maßgeschneiderte Hornhäute gedruckt werden.

Warum die Hornhaut wichtig ist
Die 550 Mikrometer dicke Hornhaut ist die äußere, durchsichtige Schicht des Augapfels. Die Cornea übernimmt den Hauptteil der Lichtbrechung, bildet die erste Schutzbarriere für das empfindliche Sinnesorgan und leistet einen wichtigen Beitrag zum Sehen. Eintrübungen, wie sie altersbedingt oder nach einer schweren Hornhautentzündung oder -verletzung auftreten, sowie krankhafte Wölbungen können zu einem Sehverlust führen.

Warum die Hornhaut wichtig ist

Die 550 Mikrometer dicke Hornhaut ist die äußere, durchsichtige Schicht des Augapfels. Die Cornea übernimmt den Hauptteil der Lichtbrechung, bildet die erste Schutzbarriere für das empfindliche Sinnesorgan und leistet einen wichtigen Beitrag zum Sehen. Eintrübungen, wie sie altersbedingt oder nach einer schweren Hornhautentzündung oder -verletzung auftreten, sowie krankhafte Wölbungen können zu einem Sehverlust führen.

Die Technologie »VisioPrinTech« wurde von einem Forschungsteam um Professorin Ute Schepers am Institut für Funktionelle Grenzflächen sowie dem Institut für Biologische und Chemische Systeme des KIT entwickelt. Hornhauterkrankungen könnten durch die Technologie effizienter und sicherer behandelt werden.

So funktioniert der 3D-Druck einer Hornhaut

Das laserbasierte Verfahren zur Herstellung maßgeschneiderter Hornhäute nutzt den 3D-Druck und die personalisierte Biotinte für die präzise Platzierung von Zellen. Die Kombination sorgt dafür, dass die Zellen während des Druckprozesses am Leben bleiben und das gedruckte Material sowohl steif genug ist, um seine Form zu behalten, als auch weich genug, um durch die Düsen des 3D-Druckers gepresst zu werden. Der Druckkopf rotiert konzentrisch im Kreis, wodurch die Hornhaut in weniger als zehn Minuten gedruckt werden kann. Diese Rotation ermöglicht eine gleichmäßige und genaue Verteilung der Biotinte, was zu einer transparenten und funktionsfähigen Hornhaut führt.

»Unser laserbasiertes Verfahren ermöglicht die präzise Platzierung dieser Zellen, um transparente und funktionsfähige Hornhäute mit minimalem Risiko von Abstoßungsreaktionen zu erzeugen.«
Prof. Ute Schepers

Die Methode stellt laut der Forschenden eine vielversprechende Alternative zur herkömmlichen Transplantation dar. Es reduziere die Abhängigkeit von menschlichen Spender-Hornhäuten und sei ein bedeutender Schritt in Richtung personalisierte Medizin. In Zusammenarbeit mit den Industriepartnern wird die Technologie im nächsten Schritt skaliert und in ersten Kleinserien produziert und getestet.

Innovationswettbewerb Neuland

Das Projekt »VisioPrinTech« wurde am 12. Juni 2024 beim Innovationswettbewerb »Neuland« des KIT mit dem Ideenpreis ausgezeichnet. Der bereits zum zwölften Mal stattfindende Wettbewerb bietet Forschenden und Promovierenden des KIT die Möglichkeit, ihre Projekte vorzustellen und Geldpreise im Gesamtwert von 9.000 Euro zu gewinnen. Zudem erhalten die besten Ideen Unterstützung vom Innovationsmanagement des KIT beim Transferprozess. (uh)