KUZ: Perfusionsadapter durch Mikrospritzgießen

02.03.2022

Das Ziel des am Kunststoff-Zentrum in Leipzig (KUZ) laufenden Forschungsprojektes „Perfusionsadapter: Verbinden von Gefäßstrukturen“ ist die Entwicklung einer Adaptertechnologie, mit der sowohl künstliche Blutgefäßstrukturen zur Zellkultivierung im 3D-Tissue-Engineering, als auch natürliche Blutgefäße in der Transplantationsmedizin an externe Perfusionssysteme angekoppelt werden können. Hierbei wird die Adaptertechnologie unter medizintechnischen, funktionellen und technologischen Aspekten entwickelt und mittels Mikrospritztechnik realisiert.

Mögliches Funktionsprinzip eines Perfusionsadapters. (Abb.: KUZ)

Mögliches Funktionsprinzip eines Perfusionsadapters. (Abb.: KUZ)

Das Verfahren des „Tissue Engineerings“ (Gewebekonstruktion), als Teilgebiet der regenerativen Medizin, bietet die Möglichkeit durch künstliche Herstellung biologischer Gewebestrukturen krankes Gewebe von Patienten zu regenerieren oder zu ersetzen. Mit Hilfe einer Verfahrenskombination mit additiven Fertigungstechnologien können mit der sogenannten Biofabrikation sogar dreidimensionale Gewebestrukturen hergestellt werden. Dies soll zukünftig die Herstellung von Organbestandteilen bis hin zum Drucken kompletter Organe ermöglichen.

Für das 3D-Tissue-Engineering müssen zur ausreichenden Zellkultivierung innerhalb der 3D-Stützstruktur Perfusionshilfen in Form von permeablen Hohlfasern integriert werden. Diese sorgen dafür, dass die zur Zellkultivierung notwendige, sauerstoffreiche Nährlösung in das Innere der 3D-Stützstruktur dringt und ausreichend zirkulieren kann.

Herausforderungen der optimalen Anbindung

Die Hohlfasern sind aufgrund ihrer kleinen Dimensionen und ihrer individuellen mechanischen Eigenschaften nicht mit gängigen Verbindungselementen kompatibel. Zur gesicherten Ankopplung der Hohlfasern an externe Perfusionssysteme wird daher eine mehrteilige Mikroadaptertechnologie entwickelt, welche das sichere Handling des Gesamtsystems ermöglichen soll. Diese Mikro-Adapter werden aufgrund ihres geringen Bauteilgewichtes und Dimensionen für die Herstellung im Mikrospritzgießverfahren, insbesondere auf der im KUZ entwickelten Zweistufen-Kolbenspritzgießmaschine formica-Plast, realisiert. Hierfür müssen die Adapterlösungen sowohl hinsichtlich funktionaler als auch prozessbedingter und medizintechnischer Merkmale konzipiert werden.

Simulationsbild einer mechanischen Anbindungslösung zur Ankopplung von natürlichen und künstlichen Blutgefäßstrukturen (Hohlfaser). (Abb.: KUZ)

Simulationsbild einer mechanischen Anbindungslösung zur Ankopplung von natürlichen und künstlichen Blutgefäßstrukturen (Hohlfaser). (Abb.: KUZ)

Aufgrund der minimalen Bauteildimensionen wird weiterhin eine Ankopplungshilfe, also Füge- bzw. Trennvorrichtung, entwickelt und bereitgestellt. Nachdem die Ankopplung für künstliche Perfusionsstrukturen für das 3D-Tissue-Engineering qualifiziert ist, wird weiterhin die Anwendung der Adaptertechnologie für das schonende und lösbare Ankoppeln von natürlichen Blutgefäßen in der Transplantationsmedizin (normothermische und hypothermische Maschinenperfusionssysteme) für Empfänger von Spendeorganen transferiert und qualifiziert. Das Projekt wird im engen Wissensaustausch mit dem Forschungsinstitut für Leder und Kunststoffbahnen FILK in Freiberg durchgeführt, welches an der Herstellung von 3D-Stützstrukturen und Perfusionshilfen aus Kollagen im 3D-Tissue-Engineering forscht.

www.kuz-leipzig.de/mikrotechnik

© Kunststoff-Profi Verlag GmbH & Co. KG, Bad Homburg

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