Medizintechnik

Exakte Transplantate: 3D-Drucker rekonstruiert menschliche Körperteile

Zahnmediziner nutzen 3D-Technik für die Rekonstruktion exakter Modelle in der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie. Transplantate werden dadurch präziser angepasst und besser eingesetzt. Forscher verbessern zudem die Interaktion von Gewebe und Zellen mit körperfremden Materialien.

Die bildgebenden Verfahren ermöglichen es dem 3D-Drucker, präzise Modelle für den Mundraum zu erstellen. (Foto: Bernd Kasper  / pixelio.de)

Die bildgebenden Verfahren ermöglichen es dem 3D-Drucker, präzise Modelle für den Mundraum zu erstellen. (Foto: Bernd Kasper / pixelio.de)

In der Klinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie (MKG) der Universitätsmedizin Mainz entstehen individuelle dreidimensionale Patientenmodelle aus dem 3D-Drucker. Sie bilden selbst kleinste anatomische Strukturen wie fein verästeltes Knochengewebe ab. Anhand dieser Modelle können die Mediziner nun beispielsweise durch Tumorleiden bedingte Kiefer-, Kopf- oder Gesichtsrekonstruktionen operativ besser planen und Transplantate präziser anpassen.

Das neuartige Vorgehen optimiert die individualisierte Medizin in der MKG und hat sowohl für die Patienten als auch für die Mediziner Vorteile: Die Operateure kennen ihr Operationsfeld bereits und können dank optimierter Planung und vorgefertigter Schablonen originalgetreu arbeiten. Dadurch reduziert sich die Operations- und Narkosezeit für den Patienten, seine Genesung beschleunigt sich und Funktion und Ästhetik verbessern sich. Zudem schont das Verfahren Knochensubstanz, umliegendes Gewebe und Zahnfleisch. Es ist für jede Patientengruppe anwendbar, jedoch insbesondere für Fehlbildungschirurgie und Kieferdefekte geeignet.

Die 3D-Drucktechnik ist eine echte technische Revolution. Zunächst nur für die Entwicklung von Prototypen eingesetzt, findet der 3D-Druck inzwischen auch in der Serienfertigung, der Kunst und sogar schon in privaten Haushalten Anwendung. Auch für den medizinischen Bereich bietet er herausragende Einsatzmöglichkeiten und birgt die Chance auf völlig neuartige Behandlungsmethoden.

Dabei ist das zugrundeliegende Prinzip relativ simpel: Basierend auf Aufnahmen aus medizinischen Bildgebungsverfahren wie der Computertomographie (CT), Röntgen oder MRT lassen sich exakte patientenspezifische Modelle und damit exakte Schablonen erstellen und dreidimensional drucken. Bei einer Kieferrekonstruktion beispielsweise, bei der ein Stück des Wadenbeins entfernt wird, um die Lücke im Kiefer zu schließen, druckt der 3D-Drucker ein exaktes Modell des Kiefers und des Wadenbeins.

Daran kann der behandelnde Arzt die Operation im Vorfeld gedanklich detailgetreu durchspielen. Dies ermöglicht ihm die Rekonstruktion ganz individuell auf den Patienten abgestimmt zu planen und diese Planung mit Hilfe von Schablonen während der Operation umzusetzen. Direkt vor Ort angewendet, bringt der Einsatz dieser revolutionären Technik zudem zeitliche Vorteile:

Die Mediziner der MKG der Universitätsmedizin Mainz können mittels ihres 3D-Druckers nun bereits innerhalb von vier Tagen eine Defektrekonstruktion planen. Bislang benötigten solche Verfahren durch die Zusammenarbeit mit externen Unternehmen in der Regel mehrere Wochen.

Wissenschaftlich interessant ist die 3D-Drucktechnik zudem für den Bereich regenerative Medizin. Die Forscher untersuchen, wie Gewebearten und Zellen mit körperfremden Materialien und Oberflächen interagieren. Noch stellt die Wechselwirkung von künstlichen Implantaten mit dem menschlichen Körper für fast alle chirurgischen Disziplinen eine große Herausforderung dar. Denn sowohl eine zu schwache oder fehlende Anhaftung der Implantate als auch Abwehrreaktionen des Körpers können den Behandlungserfolg beispielsweise von künstlichen Gelenken, Herzschrittmachern, Gefäßprothesen oder von Zahnersatz beeinträchtigen.

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