Neue 3D-gedruckte Biotinten-Hornhäute könnten den Mangel an Spendern verringern – 10-Minuten-Herstellung erreicht

• 3-Minuten-3D-gedruckte Hornhäute könnten die Abhängigkeit von Spendergewebe drastisch reduzieren.
• Vollständig in weniger als 10 Minuten mit einer neuartigen Bio-Tinte gedruckt.
• Die klinische Umsetzung kann noch mehrere Jahre dauern, da umfangreiche Sicherheits- und Wirksamkeitsstudien erforderlich sind.

Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation benötigen weltweit über 10 Millionen Menschen eine Operation, um eine durch Trachom verursachte Hornhautblindheit zu verhindern, und etwa 5 Millionen Menschen leben mit vollständiger Blindheit aufgrund von Hornhautnarben.

Trotz eines bescheidenen Pools an Spenderhornhäuten übersteigt die Nachfrage das Angebot bei weitem, was Forscher dazu veranlasst, künstliche Hornhautersatzstoffe zu entwickeln. Wissenschaftler der Universität Newcastle haben nun eine schnelle 3D-Druckmethode demonstriert, die diese Lücke eines Tages schließen könnte.

Die Hornhaut – die äußerste brechende Schicht des Auges – trägt etwa 80 % zur Fokussierungsleistung des Auges bei. Die Entwicklung eines funktionalen Ersatzes erfordert daher eine präzise Krümmung, um diese optische Funktion nachzubilden.

Wie es hergestellt wurde

Forscher vermischten menschliche Hornhautstromazellen, die von gesunden Spendern gewonnen wurden, mit Natriumalginat und methacryliertem Typ-I-Kollagen, um eine „Bio-Tinte“ zu erzeugen. Dieses Gel ist sowohl zellfreundlich als auch mechanisch für den Extrusionsdruck geeignet.

Mit einem kostengünstigen 3D-Biodrucker wurde die Biotinte in konzentrischen Ringen aufgetragen, um ein hornhautförmiges Konstrukt zu bilden. Der gesamte Vorgang war in nur 10 Minuten abgeschlossen.

Bio‑Tinte

Die Kollagen-Alginat-Mischung bietet genügend strukturelle Integrität, um die Form beizubehalten und gleichzeitig die Lebensfähigkeit eingebetteter Zellen bei Raumtemperatur aufrechtzuerhalten. Die Viskosität ist so abgestimmt, dass das Material extrudiert werden kann, ohne das Überleben der Zellen zu beeinträchtigen.

Mit Bio-Tinte kann die Gewebegeometrie an das Auge eines Patienten angepasst werden, indem die Hornhaut gescannt und die Abmessungen in G-Code für den Drucker übersetzt werden. Dies ermöglicht eine präzise Nachbildung komplexer anatomischer Merkmale.

Das endgültige Konstrukt wird in einer physiologischen Umgebung umgestaltet, wodurch eine angemessene strukturelle, funktionelle und biomechanische Reifung gefördert wird.

Referenz:ScienceDirect | Newcastle University

Die Drucktreue wurde durch Messung der peripheren und zentralen Dicke beurteilt, während die Zelllebensfähigkeit der eingekapselten Keratozyten am ersten und siebten Tag nach dem Drucken überwacht wurde.

Was kommt als nächstes?

Obwohl die künstliche Hornhaut noch nicht für den klinischen Einsatz bereit ist, planen Forscher erweiterte In-vitro- und In-vivo-Studien, um die Langzeitsicherheit, den Phänotyp der Stromazellen, die Biokompatibilität und die Unterstützung des Epithelzellwachstums zu bewerten.

Fazit:Es wird wahrscheinlich mehrere Jahre dauern, bis Ärzte eine Spenderhornhaut sicher durch eine 3D-gedruckte Alternative ersetzen können.

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