Die Gehörknöchelchen des Mittelohrs - Malleus, Incus und Stapes - sind die kleinsten Knochen im menschlichen Körper. Alle drei passen auf einen Cent, und es bleibt noch Platz. Ihre Aufgabe ist es, Geräusche vom Trommelfell in die Flüssigkeit des Innenohrs zu übertragen. Krankheiten, Unfälle und Tumore können diese Knochen beschädigen und zu einem so genannten „leitenden Hörverlust“ führen. Das Mittel ist eine heikle Operation, bei der die Knochen durch eine winzige Prothese ersetzt werden. Die Operationsrate ist jedoch relativ hoch und liegt bei 25 bis 50 Prozent.
Jetzt verwenden Forscher des University of Maryland Medical Centers 3D-Drucker, um individuell angepasste Ohrknochen herzustellen. Sie hoffen, dass diese Prothesen die derzeitige Technologie verbessern und die Erfolgsrate der Operation erhöhen.
Das Team, bestehend aus einem Radiologen und zwei Ärzten für Hals-, Nasen- und Ohrenheilkunde, nahm die Gehörknöchelchen von drei menschlichen Leichen und entfernte die mittleren Knochen oder Einschnitte. Dann verwendeten sie einen CT-Scanner, um Bilder der Lücken zu machen, die durch die Einschnitte entstanden, und entwarfen winzige Prothesen, um diese Lücken zu schließen. Die Prothesen variierten nur um Bruchteile von Millimetern, mit immer etwas anderen Winkeln.
Die Forscher gaben dann vier verschiedenen Chirurgen die drei Prothesen und ließen sie raten, welche in welches Ohr gingen. Jeder Chirurg passte die Prothesen unabhängig voneinander an die richtigen Ohren an.
"Sie sagten, es sei nicht so schwer herauszufinden", sagt Jeffrey Hirsch, ein Radiologieprofessor, der die Forschung leitete. "Es war fast wie bei einem Goldlöckchen - diese Prothese war in diesem Ohr zu eng und in diesem Ohr zu locker, aber in diesem Ohr ist es genau richtig."
Die Studie wurde kürzlich in der Fachzeitschrift 3D Printing in Medicine veröffentlicht .
Der nächste Schritt besteht darin, die Prothesen unter Verwendung von Leichen oder Tiermodellen auf ihre Funktion zu testen. Sie können Vibrationen durch eine Prothese laufen lassen, um zu sehen, wie sie Geräusche überträgt.
Anbringen der Prothese (University of Maryland Medical Center) Bevor die Prothese für den menschlichen Gebrauch bereit ist, müssen einige bedeutende Herausforderungen bewältigt werden. Die zur Herstellung der Prothesen verwendeten CT-Bilder wurden mit Leichenschädeln angefertigt, die so geschnitten wurden, dass sie nur einen Teil des umgebenden Knochens umfassten. Bei einem lebenden Menschen mit einem intakten Schädel sind diese Bilder möglicherweise schwieriger zu erzielen.
Dann ist da noch die Frage des Materials. Die in der Studie verwendeten Prototypen wurden aus einem Polymer hergestellt, das von der FDA nicht für die dauerhafte Implantation in Menschen zugelassen ist. Das Team muss also irgendwann ein biokompatibles Material finden. Sie experimentieren auch damit, ob die Prothese mit einer waffelähnlichen Textur gestaltet werden kann, um ein Gerüst für Stammzellen zu schaffen. Dann könnten die Prothesen theoretisch aus echtem Knochen bestehen, was das Risiko einer Abstoßung verringern würde.
In den letzten Jahren haben eine Reihe von Forschern den 3D-Druck verwendet, um externe Ohren oder Ohrenteile zu erstellen. Forscher in Großbritannien und Kalifornien verwendeten Stammzellen, um Ohren auf 3D-gedruckten Gerüsten zu züchten und Kinder mit Mikrotien, einer angeborenen Fehlbildung des Außenohrs, zu behandeln. Forscher der Wake Forest University haben externe Ohrenteile mit einem 3D-Drucker aus lebenden Zellen und biologisch abbaubaren Polymeren hergestellt.
"Verschiedene Forschergruppen haben das Drucken von Ohrteilen zum Ziel, da verbesserte Technologien für Patienten mit Hörverlust erforderlich sind", sagt Anthony Atala, Direktor des Wake Forest Institute for Regenerative Medicine.
Atala zufolge ist die Forschung an der University of Maryland "sehr vielversprechend, da diese Strukturen eine wesentliche Rolle bei der Funktion des Hörens im Ohr spielen".
Die Rolle des 3D-Drucks in der regenerativen Medizin beschränkt sich natürlich nicht nur auf die Ohren. Forscher, darunter Atala und sein Team, haben an der Entwicklung einer 3D-Drucktechnologie für alle Arten von Körperteilen gearbeitet, von Haut über Knochen bis zu Nieren. Im Jahr 2012 implantierten Forscher einem Baby, das mit einem angeborenen Defekt geboren wurde, der zum Kollaps seiner Bronchien führte, eine 3D-gedruckte temporäre Luftröhre.
„Ich denke wirklich, dass der 3D-Druck immer dann zum Standard der Pflege wird, wenn eine Prothese benötigt wird, sei es ein Gelenk oder ein Mittelohr“, sagt Hirsch. "Der Standard der Pflege wird keine Standardkomponente sein, sondern eine Komponente, die speziell für diesen Patienten entwickelt wurde."
