Wie 3D-Drucker dazu beitragen könnten, den Zugang zur Augenheilkunde zu verbessern

May 10, 2023

In den letzten Jahren hat der Einsatz von 3D-Druck im Gesundheitswesen zugenommen.

Der 3D-Druck wird bereits zur Herstellung bestimmter Implantate und Prothesen eingesetzt. Und derzeit wird an Möglichkeiten geforscht, den 3D-Druck für menschliche Organe und Gewebe sowie Medikamente einzusetzen.

Jetzt präsentierten Wissenschaftler des Centre for Ocular Research & Education (CORE) an der University of Waterloo in Ontario, Kanada, kürzlich auf der ARVO-Jahrestagung 2023 Forschungsergebnisse, die zeigen, wie der 3D-Druck möglicherweise in der Augenheilkunde eingesetzt werden könnte.

Zu den potenziellen 3D-Druckanwendungen gehörten die Verabreichung von Medikamenten am Auge, biologisch abbaubare Kontaktlinsen und ein 3D-Bioprint-Augenmodell, das zum Testen von Medikamenten verwendet werden könnte, die über das Auge abgegeben werden.

Die Ergebnisse wurden noch nicht in einer Fachzeitschrift veröffentlicht.

Im Gegensatz zu einem Standarddrucker, der Wörter und Fotos auf ein flaches Blatt Papier druckt, entsteht beim 3D-Druck ein tatsächliches dreidimensionales Objekt.

Der 3D-Drucker erreicht dies, indem er Materialschichten „druckt“. Diese Schichten bauen sich weiter auf und formen das zu druckende Objekt. Aus diesem Grund gilt der 3D-Druck als additive Technologie.

Für den 3D-Druck von Objekten können eine Vielzahl von Materialien verwendet werden, darunter Kunststoffe, Metalle, Verbundwerkstoffe und Keramik.

Für den 3D-Druck medizinischer Geräte reguliert die Food & Drug Administration (FDA) diese Artikel derzeit über ihr Center for Devices and Radiological Health (CDRH).

Laut Dr. Alex Hui, dem Leiter der Biowissenschaften am Centre for Ocular Research & Education (CORE) der University of Waterloo, liegt der Hauptvorteil des 3D-Drucks in der Flexibilität.

„3D-Druck eröffnet neue Möglichkeiten für die schnelle, bedarfsgerechte und maßgeschneiderte Herstellung von Augengeräten, von Brillen über Kontaktlinsen bis hin zu Augeneinsätzen zur Medikamentenabgabe“, sagte er gegenüber Medical News Today. „Wir können diese Technologie auch nutzen, um bessere In-vitro-Augenmodelle zum Screening von Arzneimitteln oder zum Testen neuer Augenprodukte zu erstellen.“

„Obwohl das Potenzial des 3D-Drucks in der Augenheilkunde recht vielversprechend ist, sind wir von dieser Realität noch recht weit entfernt“, fügte Hui hinzu. „Genau aus diesem Grund haben wir uns entschieden, diese Forschung fortzusetzen und dabei zu helfen, die Lücke zwischen 3D-Druck und ophthalmologischen Anwendungen zu schließen.“

Dies ist nicht das erste Mal, dass Wissenschaftler den 3D-Druck im Hinblick auf die Augengesundheit untersuchen. Eine Studie im Dezember 2022 zeigte, wie 3D-Bioprinting zur Herstellung von Augengewebe genutzt werden könnte. Andere Forschungen haben den 3D-Druck für Kontaktlinsen und Intraokularlinsen untersucht.

„Aus Verbrauchersicht ermöglicht der 3D-Druck die potenzielle Herstellung medizinischer Geräte am Point-of-Care – z. B. im Büro oder zu Hause“, sagte Hui. „Die nützlichste Anwendung wird für Situationen sein, in denen ein individuelles, einmaliges oder spezielles Design für einen einzigartigen Patienten erforderlich ist. Wir gehen davon aus, dass diese Technologie bei Sklerallinsen, der Orthokeratologie und der Medikamentenverabreichung von Bedeutung sein könnte, wo maßgeschneiderte und personalisierte Produkte äußerst wünschenswert sind.“ Auch Produkte mit kurzer Haltbarkeit oder Produkte, deren Herstellung Wochen oder Monate in Anspruch nimmt, können von dieser Technologie profitieren.“

Drei der Innovationen im Bereich 3D-Druck drehten sich um die Herstellung und Verwendung von 3D-gedruckten mikrofluidischen Chips aus Polydimethylsiloxan (PDMS).

Die Forscher untersuchten die Verwendung dieses Chips, um die Reaktionen der Augenzellen auf bestimmte Erkrankungen zu testen, sowie die Verwendung des Chips zur Herstellung einer Kontaktlinse, mit der über die Augen verabreichte Medikamente getestet werden können.

Darüber hinaus konnten Wissenschaftler menschliche Hornhautepithelzellen (HCECs) in den PDMS-Chip integrieren, um sie in zellbiologischen Studien zu verwenden.

„Mikrofluidische Geräte sind ein häufiges Werkzeug für Forschung und Diagnostik“, erklärte Hui. „Denken Sie zum Beispiel an COVID-Teststreifen, die ähnliche Prinzipien nutzen, bei denen nur eine kleine Menge Flüssigkeit zur Informationsgewinnung genutzt wird. Die aus PDMS hergestellten werden hauptsächlich für Forschungszwecke verwendet, die Zellen enthalten, aber der traditionelle Prozess zur Herstellung von mikrofluidischen PDMS-Geräten ist ziemlich langwierig und.“ teuer."

„CORE nutzte den 3D-Druck, um diesen Prozess zu erleichtern und es uns zu ermöglichen, Designelemente zu erstellen, die mit herkömmlichen Ansätzen normalerweise nicht möglich wären“, fuhr er fort. „Wir nutzen diese PDMS-Chips, um neue Medikamente und Produkte auf Zellen im Hinblick auf Sicherheit und Wirksamkeit zu testen und zu testen. Wir können diese Chips in Zukunft auch als diagnostisches Werkzeug entwickeln, beispielsweise zum Nachweis von Tränenfilm-Biomarkern für bestimmte Augenkrankheiten.“ eine relativ schnelle Mode vom Design bis zu den ersten Prototypen.“

Eine weitere Studie konzentrierte sich auf die Entwicklung eines biologisch abbaubaren Bioinks für den 3D-Druck von ophthalmologischen Geräten.

In dieser Studie verwendeten Forscher den Bioink, um Materialien in 3D zu drucken, die zur Herstellung biologisch abbaubarer Kontaktlinsen verwendet werden können.

„Bioinks sind Materialien mit einem kompatiblen biologischen Profil, die auch mit einem 3D-Drucker gedruckt werden können“, sagte Hui. „Wir wollen diese Technologie nutzen, um biologisch abbaubare Augeneinsätze für die Medikamentenverabreichung zu drucken, und ihre geometrischen Designs sind recht einfach, was dies unkompliziert macht.“

„Als Lernübung wollten wir auch sehen, ob wir eine weiche Kontaktlinse drucken können, die sehr dünn und weich ist und bei der es zahlreiche Herausforderungen gibt, sie richtig zu drucken“, fügte er hinzu. „Wir werden die gewonnenen Erkenntnisse nutzen und sie auf den 3D-Druck harter Linsen anwenden – also Sklerallinsen und Ortho-K-Linsen.“

CORE-Forscher entwickelten außerdem ein weiches Hydrogel-Augenmodell mit Oberflächen, die die natürlichen Oberflächen der Hornhaut und Lederhaut nachahmen. Das Modell verfügt außerdem über eine Innenkammer, um das natürliche Innere des Auges nachzuahmen.

Forscher gehen davon aus, dass mit dieser Art von Augenmodell die Verabreichung von Augenmedikamenten und deren Aufnahme durch die Hornhaut getestet werden könnten.

„Es gibt viele Studien, die von uns verlangen, zu verstehen, wie Medikamente diffundieren und in den hinteren Teil des Auges eindringen, und es gibt keine Möglichkeit, das zu simulieren“, erklärte Hui. „Durch das Experimentieren mit verschiedenen Bioink-Formulierungen können wir jetzt einen Hydrogel-Augapfel mit hohlen Strukturen, die die Vorder- und Hinterkammern simulieren, in 3D drucken. Weitere Fortschritte werden uns dabei helfen, verschiedene Methoden zur Arzneimittelabgabe in den hinteren Teil des Auges zu untersuchen. Während sich unsere Arbeit weiterentwickelt, werden wir Wir hoffen, Modelle nicht nur für Forschungs-, sondern auch für Bildungszwecke zu erstellen, damit Kliniker Techniken an ihnen erlernen und üben können, bevor sie mit Patienten interagieren.

Medical News Today sprach auch mit Dr. Benjamin Bert, einem Augenarzt am MemorialCare Orange Coast Medical Center in Kalifornien, über diese Forschung.

„Jede Anwendung neuer Technologien, mit der wir versuchen können, die von uns bereitgestellte Pflege zu verbessern und Dinge in die Zukunft zu bringen, ist immer vorteilhaft und immer sehr aufregend“, sagte Bert, der nicht an dieser speziellen Forschung beteiligt war.

Als er über die Vorteile sprach, die der 3D-Druck Augenärzten in Zukunft bieten könnte, sagte Bert, dass er die Zugänglichkeit eröffnen werde.

"Sie können also über eine Technologie verfügen, die in einem Teil der Welt entwickelt wurde, und diese dann mit nur einem 3D-Drucker drucken, sodass Sie sie auch in sehr entlegene Teile bringen können und trotzdem Zugriff darauf haben hochentwickelte Technologie“, sagte er.

„Ich denke, es ist eine sehr interessante Technologie“, fügte Bert hinzu. „Es gibt viele zukünftige Anwendungen. Und dies war sozusagen der erste Schritt zur Einführung einiger Dinge, bei denen es möglicherweise eingesetzt werden kann. Ich denke, wir werden im Laufe der Zeit noch viel mehr darüber hören Die Forschung schreitet weiter voran.