Bypass-Blutgefäße aus dem 3D-Biodrucker

Bei Patienten mit „koronarer Herzkrankheit“ (KHK) sind die Herzkrankgefäße verengt oder verstopft. Unbehandelt kann dies zu lebensbedrohlichen Komplikationen führen – einem Herzinfarkt zum Beispiel. Sind nur ein oder zwei Gefäße betroffen, kann das Problem meist ohne Operation behandelt werden: interventionell. Das bedeutet: Engstellen werden mit einem Ballon oder einer implantierten Gefäßstütze (Stent) aufgedehnt. Sind drei oder mehr Gefäße oder sogar die Hauptstämme der Koronargefäße betroffen, müssen die Engstellen in der Regel operativ mit einem Bypass überbrückt werden (engl. Bypass = Umgehung, Umleitung). In einer Bypass-Operation umgehen Herz- und Gefäßchirurgen also die verstopften Gefäße mit anderen Adern oder Venen aus dem Körper des Patienten. Sie nähen die gesunden Gefäße quasi als Gefäßbrücken vor den Engstellen auf die Herzkranzgefäße auf, damit das Blut wieder ungehindert zum Herz fließen kann.

45.000 Bypass-Operationen im Jahr

Bypass-Operationen gelten mittlerweile als Routineeingriff. Jährlich legen Herzchirurgen in Deutschland rund 45.000 Bypässe. Das Problem ist allerdings: Bei circa 20 Prozent der Betroffenen, die eine Bypass-Operation benötigen, eignen sich körpereigene Gefäße nicht als Eigentransplantat – dann zum Beispiel nicht, wenn der Patient Krampfadern hat. Dann fehlt schlicht geeignetes Material zur Behandlung von Engstellen.

Von Medizinern, Biologen und Ingenieuren entwickelt

Der Kieler Herzspezialist Rouven Berndt hat gemeinsam mit einem Team aus Medizinern, Biologen und Ingenieuren der Technischen Hochschulen in Kiel und Hamburg für derlei Fälle den Prototypen eines 3D-Biodruckers entwickelt. Mit dem neuartigen Gerät gelingt es, feine Blutgefäße zu erzeugen.

Gefäßherstellung aus körpereigenen Zellen von Patienten

„Der von uns entworfene Druckkopf kann einen Schlauch aus körpereigenen lebenden Endothel- und Muskelzellen drucken“, sagt der Gefäßchirurg und Leiter des Projektes. Warum diese beiden Sorten Zellen? Die hauchdünnen flachen Endothelzellen kleiden die menschlichen Gefäße von innen aus. Die darüber liegenden Muskelzellen sorgen dafür, dass sich Gefäße zusammenziehen und weiten können. „Das sind wichtige Eigenschaften, die dafür sorgen, dass Bypässe lang bestehen und offenbleiben“, sagt Berndt.

„Der erzeugte Schlauch hat die erforderliche dünne Gefäßwand und einen Durchmesser von vier bis sechs Millimetern.“ Gerade die Herstellung von vergleichsweise kleinen künstlichen Bypässen gilt in der Herz- und Gefäßchirurgie als neuralgischer Punkt. Die meisten Materialien erscheinen dafür nicht geeignet. Außerdem kann es bei so feinen Gefäßen mit kleinem Innendurchmesser zu frühzeitigen Verschlüssen kommen.

Gefäßdrucker wird von Raumfahrtunternehmen hergestellt

Die im Kieler 3D-Biodrucker hergestellten Gefäße hätten sich in Laborexperimenten bereits bewährt, heißt es in einer Information der Deutschen Stiftung für Herzforschung (DSHF). Der von den Forschern entwickelte Prototyp des Biodruckers soll nun von einem Unternehmen aus der Luft- und Raumfahrt industriell hergestellt werden. Bisherige kommerziell verfügbare Biodrucker sind nach Angaben der Stiftung nicht in der Lage, Gefäß-Transplantate in der für Bypässe häufig erforderlichen Gesamtlänge von 30 bis 40 Zentimetern zu erzeugen – der jetzt in Kiel entwickelte Drucker hingegen schon.

DSHF: „Enormer Fortschritt in punkto Patientensicherheit“

Armin Welz, Herzchirurg und Vorsitzender des Wissenschaftlichen Beirats der Stiftung für Herzforschung ordnet die in Kiel und Hamburg entwickelte Technologie so ein: „Insbesondere bei Herzpatienten, die keine geeigneten körpereigenen Venen für die Gewinnung eines Bypass-Gefäßes aufweisen, könnte dieses neue Verfahren ein enormer Fortschritt für die Herz-Bypass-Chirurgie bedeuten, besonders in punkto Patientensicherheit.“