Verletzte Organe mit Bio-3D-Druck reparieren

Forschungsvorhaben in einem frühen Entwicklungsstadium sind von großen Unsicherheiten geprägt und finden daher in vielen Ausschreibungen nur schwer Berücksichtigung. Um solche Projekte stärker zu fördern, hat die Carl-Zeiss-Stiftung Startseite | Carl-Zeiss-Stiftung Anfang 2022 das Programm CZS Wildcard ins Leben gerufen. Zu den ersten fünf ausgewählten Initiativen zählt das Projekt „EndoPrint3D“ an der Universität Stuttgart: Das Konsortium um Dr. Andrea Toulouse (Sprecherin) und Prof. Alois Herkommer (beide Institut für Technische Optik), Prof. Michael Heymann (Institut für Biomaterialien und biomolekulare Systeme) und Prof. Harald Giessen (4. Physikalisches Institut) hat sich das Ziel gesetzt, den endoskopischen 3D-Druck von Biomaterialien direkt im Körper zu ermöglichen und so Organschäden minimalinvasiv operativ zu reparieren. Die Forschenden wollen Biotinte direkt auf ein verletztes Organ applizieren und vor Ort per Laser aushärten. Dies würde die plastische Mikrochirurgie revolutionieren. So könnten zukünftig beispielsweise Löcher im Herzen von Embryos oder Frühchen repariert oder Reparaturen an den Gehörknöchelchen vorgenommen werden – ohne umliegendes Gewebe zu beschädigen.

Im Projekt EndoPrint3D wird ein Glasfaser-Endoskop mit 3D-Druck von biogenen Materialien kombiniert. Dabei wird ein System aus einem Femtosekunden-Laser, einer Multi-Kern-Faser, Mikrooptiken, mikrofluidischen Komponenten und druckbaren Biomaterialien entwickelt. Dieses System soll maßgeschneiderte Biotinten direkt auf das verletzte Organ applizieren und vor Ort mit dem Laser mikroskopisch genau aushärten. Gleichzeitig kann der 3D-Druck-Prozess endoskopisch in Echtzeit beobachtet werden.

Aktuell ist Femtosekunden-3D-Druck nur mit einem ortsfesten Mikroskopobjektiv als Druckkopf möglich, das den Durchmesser einer 2-Euro-Münze hat. Im Rahmen des Projektes soll dieser Druckkopf bis auf die Größe einer dünnen Nadel verkleinert und beweglich gestaltet werden.