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Massgeschneiderte Herzklappen aus Silikon: Die Klappenflügel (links und rechts) werden gezielt mit Silikonfäden verstärkt. Das gesamte Implantant umfasst zudem auch die Aortenwurzel (Mitte).

Massgeschneiderte Herzklappen aus Silikon: Die Klappenflügel (links und rechts) werden gezielt mit Silikonfäden verstärkt. Das gesamte Implantant umfasst zudem auch die Aortenwurzel (Mitte). Bild: ETH Zürich/Fergal Coulter

ETH-Forscher entwickeln Silikon-Herzklappen aus dem 3D-Drucker



In Zukunft könnten künstliche Herzklappen einfach aus dem 3D-Drucker kommen. Forscher der ETH Zürich und der südafrikanischen Firma SAT haben einen Ersatz aus Silikon für die heute verwendeten Herzklappen entwickelt. Bis die massgeschneiderten Klappen zum Einsatz kommen, dauert es jedoch noch mindestens zehn Jahre.

Die Klappen im Herz wirken wie Ventile und sorgen dafür, dass das Blut nur in eine Richtung fliesst. Sind sie undicht, verengt, erweitert oder gar eingerissen, läuft das Blut zurück, was das Herz stark belastet. Im schlimmsten Fall kommt es zu Herzrhythmusstörungen oder Herzversagen, wie die ETH Zürich in einer Mitteilung schreibt.

Fachleute rechnen damit, dass in den kommenden Jahrzehnten der Bedarf an künstlichen Herzklappen in weiten Teilen der Welt stark steigen wird – aufgrund von Alterung, mangelnder Bewegung und falscher Ernährung. Ersatz-Herzklappen aus dem 3D-Drucker könnten helfen, diesen Bedarf zu decken.

Massgeschneiderter Ersatz

Das neue Modell aus Silikon, über das die Forscher in der jüngsten Ausgabe der Fachzeitschrift «Matter» berichteten, hat gleich mehrere Vorteile gegenüber den aktuell verwendeten Ersatzklappen. Diese werden überwiegend aus Metallteilen oder aus tierischem Gewebe hergestellt.

Neu kann die Klappe massgeschneidert werden. Die Forscher bestimmen zuerst die individuelle Form und Grösse der undichten Klappe und erstellen dann eine Computersimulation, mit der sie auf das Implantat wirkende Kräfte und Verformungen berechnen können.

Ausserdem ist die Herstellung von künstlichen Herzklappen bislang teuer und zeitaufwändig, wie es in der Mitteilung heisst. So dauert die Fertigung in Handarbeit einige Arbeitstage. Für eine Klappe aus dem 3D-Drucker braucht es nur rund eineinhalb Stunden.

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«Custom 3D Printed Heart Valves.» Video: YouTube/Fergal Coulter

«Vielversprechende Tests»

Die Wissenschaftler erstellen zuerst einen Negativ-Abdruck, der die Form einer dreizackigen Krone hat. Auf diesen wird Silikon-Tinte gesprayt, was die dünnen Klappenflügel ergibt. In einem weiteren Schritt werden mit zäher Silikonpaste bestimmte Muster aus dünnen Fäden auf die Oberfläche gedruckt. Diese entsprechen den Kollagenfasern, die die natürlichen Herzklappen durchziehen.

Mit dem gleichen Verfahren wird die mit der Klappe verbundene Blutgefässwurzel erstellt, wie die ETH schreibt. Zum Schluss wird diese mit einem netzförmigen Stent überzogen, der für das Anschliessen der Ersatzklappe an die Blutbahn notwendig ist.

Erste Test verliefen laut ETH vielversprechend. Ziel der Materialforscher ist es nun, die Lebensdauer solcher Ersatzklappen auf 10 bis 15 Jahre zu steigern. Solange halten die heutigen Modelle. Bis die künstlichen Silikon-Klappen tatsächlich eingesetzt werden können, dauert es jedoch mindestens noch zehn Jahre. Dazu müssen die Produkte noch zahlreiche klinische Phasen durchlaufen. (sda)

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