(pte) – Forscher der ETH Zürich haben zusammen mit Experten der südafrikanischen Firma SAT eine künstliche maßgeschneiderte Herzklappe aus 3D-gedrucktem Silikon entwickelt. Dies könnte helfen, den steigenden Bedarf einer alternden Gesellschaft für Ersatz-Herzklappen zu decken. Denn: Rund 850.000 Menschen werden im Jahr 2050 künstliche Herzklappen benötigen, sagen die Wissenschaftler. Details wurden in der Fachzeitschrift „Matter“ publiziert.

Massenproduktion möglich
Die Silikon-Herzklappe ist maßgeschneidert, weil die Forscher zuerst die individuelle Form und Größe der undichten Herzklappe mittels Computer­tomo­grafie oder Magnetresonanztomografie bestimmen. Dadurch lässt sich eine Herzklappe drucken, die exakt auf einen Patienten passt. Aus den Bildern erstellen die Forscher ein digitales Gittermodell und eine Computersimulation, mit der sie die auf das Implantat wirkenden Kräfte und Verformungen im Voraus berechnen können. Auch sei das Material für den Körper verträglich und der Blutfluss durch die Silikonherzklappe genauso gut wie bei herkömmlichen Ersatzklappen.

Um eine 3D-Klappe zu drucken, benötigen die Materialforscher nur rund eineinhalb Stunden. Eine künstliche Herzklappe aus Rindermaterial in Handarbeit zu erzeugen, dauert hingegen einige Arbeitstage. Die Produktion mit 3D-Druckern könnte zudem beschleunigt werden. Eine Batterie von Druckern könnte täglich Dutzende bis Hunderte von Klappen herstellen.

Blutgefäßwurzel mitgedruckt
Zuerst erstellen die Wissenschaftler einen Negativ-Abdruck der Klappe. Auf diesen Abdruck von der Form einer dreizackigen Krone wird Silikon-Tinte gesprayt, was die dünnen Klappenflügel ergibt. Auf deren Oberfläche druckt in einem weiteren Schritt ein Extrusionsdrucker mit zäher Silikon­paste bestimmte Muster aus dünnen Fäden. Diese entsprechen Kollagen­fasern, die natürliche Herzklappen durchziehen. Die Silikonfäden verstärken die Klappenflügel und verlängern die Lebensdauer der Ersatzklappe.

Die mit der Herzklappe verbundene Blutgefäßwurzel wird mit dem gleichen Verfahren gedruckt und am Ende mit einem netzförmigen Stent überzogen, der für das Anschließen der Silikon-Ersatzklappe an die echte Blutbahn nötig ist. Ziel ist, die Lebensdauer solcher Ersatzklappen auf zehn bis 15 Jahre zu steigern. So lange halten heutige Modelle im Patienten. „Schön wäre es, wenn wir eines Tages Herzklappen herstellen, die ein Leben lang halten und allenfalls sogar mit dem Patienten mitwachsen, sodass sie auch schon bei jungen Leuten eingesetzt werden könnten“, unterstreicht Manuel Schaffner, einer der Erstautoren der Studie.