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16. Dezember 2018

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Spenderorgane aus dem 3D-Drucker

Spenderorgane aus dem 3D-Drucker© Bilderbox.com

Karl Landsteiner Privatuniversität Krems startet Forschungsprojekt zur Erzeugung von Gewebemodellen für realitätsnahe Organmodelle aus dem 3D Drucker. Die Modelle werden primär für Ausbildungs- und Forschungszwecke eingesetzt. Weitere Projektpartner sind das Medizinische Innovationscenter ACMIT in Wiener Neustadt und die TU-Wien.

Die Herstellung von Organmodellen mit realitätsnahen Materialeigenschaften ist das Ziel eines jetzt an der niederösterreichischen Karl Landsteiner Privatuni (KL Krems) für Gesundheitswissenschaften gestarteten Forschungsprojekts. Der Einsatzbereich dieser biologischen Gegenstücke wird dabei vor allem in der Forschung und Medizinerausbildung liegen, wo die Verwendung wertvoller Spenderorgane reduziert und komplizierte Eingriffe trainiert werden könnte. Umfangreiche Analysen von Material- und Organeigenschaften stehen am Beginn des Projekts. Die so gewonnenen Daten werden dann "Rezepte" für 3D-Druckern liefern und damit können Materialeigenschaften "on demand" produziert werden.
Auch Mediziner müssen üben –  idealerweise nicht gleich am lebenden Objekt. Üblicherweise werden für ihre Ausbildung zahlreiche Spenderorgane eingesetzt, die nur einmalig und kurzzeitig verwendbar sind. Um komplexe Operationen mehrmals an derselben Gewebeprobe durchzuführen, braucht es neue Zugänge und die können beispielsweise mittels 3D Druck passieren. Grundlagen für einen ausgesprochen innovativen Beitrag legt nun ein Team um Dieter Pahr vom Fachbereich Biomechanik der Karl Landsteiner Privatuniversität Krems. Mit seinen Projektpartnern der ACMIT in Wiener Neustadt und TU Wien will er realitätsnahe Gewebe- und Organmodelle aus dem 3D-Drucker möglich machen.

Die Wirklichkeit aus dem Drucker
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.
"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“, erläutert Dieter Pahr. „Anschließend untersuchen wir, welche Materialien sich für den 3D-Druck eignen, deren Eigenschaften und welche realitätsnahen Mikrostrukturen druckbar sind." Mittels dieser Untersuchungen werden anschließend erste Testprints mit geeigneten 3D-Druckmethoden gemacht.

Modernes Analyse-Labor
Bei der Analyse dieser ersten Testprints kommt dem Team um Pahr ein letztaktuell ausgestattetes Labor für Materialuntersuchungen mit enger klinischer Anbindung an der KL Krems zugute. 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 zur Verfügung und wird ergänzt mit modernen Geräten zur Bildanalyse und Mikroskopie sowie modernster IT-Infrastruktur.
Diese wird genutzt, um anhand der Analysedaten zwischen den erwarteten und den im 3D-Print tatsächlich erzielten Gewebeeigenschaften Beziehungen herzustellen. "Wir werden ein Computer-Modell entwickeln, das die mechanischen Eigenschaften eines 3D-gedruckten Gewebes anhand der Materialauswahl und der Druckeinstellungen vorhersagen kann“, so Pahr.
Die Vorhersagen werden in Folge immer wieder mit tatsächlich erzielten Druckergebnissen verglichen und so das System ständig weiter optimiert.
Zielsetzung ist u.a. eine Infrastruktur zu entwickeln, wo die benötigten Gewebeeigenschaften als Input dienen und das ein Rezept für benötigte Ausgangsmaterialien und Druckgeometrien als Output liefert. Damit würde eine hohe Individualisierung und Realitätsnähe der für medizinische Zwecke notwendigen Gewebe- und Organmodelle ermöglicht. 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 für Betroffene konzentriert.

Links

red/czaak, Economy Ausgabe Webartikel, 04.10.2018