Das Aneurysma mit Endothelzellen (grün) und einem Gerinnsel (rot). (Elisa Wasson) Gehirnaneurysmen sind der Stoff für Albträume – ein Blutgefäß in Ihrem Gehirn, das sich lautlos ausbaucht oder aufbläht, mit der Gefahr, dass es eines Tages reißt und lebensbedrohliche Komplikationen verursacht.
Obwohl es eine Reihe von Behandlungsmöglichkeiten für Hirnaneurysmen gibt, können Sie sich vorstellen, dass es etwas schwierig sein kann, die Blutgefäße im Gehirn zu erreichen. Um also Behandlungen zu bewerten und den Ärzten etwas praktische Schulungszeit zu geben, wäre eine Art Ersatz ideal, bevor sie in Ihr Gehirn gelangen.
Ein in den USA ansässiges Forscherteam hat so etwas nun in die Realität umgesetzt. Sie erzeugten das erste lebende, biogedruckte Aneurysma außerhalb des menschlichen Körpers, führten einen medizinischen Eingriff daran durch und beobachteten dann die Heilung.
Wenn Ärzte bemerken, dass jemand ein Gehirnaneurysma hat, bevor es reißt, ist das leider schwer zu erkennen das passiert nicht immer – Sie werden versuchen, den Blutfluss in den Bereich zu stoppen. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, es zu behandeln, und keine davon macht besonders viel Spaß.
Die erste Option ist chirurgischer Clip – Dabei entfernt ein Chirurg einen Teil Ihres Schädels und befestigt einen winzigen Metallclip an der Basis des Aneurysmas.
Die andere Möglichkeit ist das so genannte endovaskuläre Coiling, bei dem ein Katheter in eine Arterie in der Leiste eingeführt und dann durch den Körper zum Aneurysma geführt wird. Anschließend wird eine Spirale durch den Katheter in das Aneurysma geschoben.
Beide Behandlungen stoppen oder unterbrechen den Blutfluss, was bedeutet, dass das Aneurysma nicht größer wird und möglicherweise nicht platzt. Allerdings bringen beide Methoden auch ihre eigenen Probleme mit sich, und es kann schwierig sein, sich für die beste Option für einen bestimmten Patienten zu entscheiden.
(a) Illustration des 3D-gedruckten Aneurysmas. (b) Die Gefäßstruktur des Aneurysmas. (Kang et al., Biofabrication, 2020)
„Wir haben uns das Problem angesehen und dachten, wenn wir Computermodelle und experimentelle Ansätze kombinieren könnten, könnten wir vielleicht eine deterministischere Methode zur Behandlung von Aneurysmen oder zur Auswahl von Behandlungen entwickeln, die dem Patienten am besten dienen könnten.“ sagte William Hynes, Ingenieur und leitender Autor des Lawrence Livermore National Laboratory.
„Jetzt können wir damit beginnen, den Rahmen eines personalisierten Modells zu erstellen, das ein Chirurg verwenden könnte, um die beste Methode zur Behandlung eines Aneurysmas zu bestimmen.“
Das Team druckte eine aneurysmaförmige Struktur mithilfe von Gelatine-Fibrin-Hydrogel in 3D und besiedelte das Gerüst dann vorsichtig mit sogenannten menschlichen Gehirnzellen hCMECs (menschliche zerebrale mikrovaskuläre Endothelzellen). Diese Zellen breiten sich aus und kleiden das Aneurysma in den nächsten sieben Tagen aus und bilden ein lebendes 3D-gedrucktes Aneurysma.
Obwohl solche künstlichen Aneurysmen schon früher geschaffen wurden, ist dies das erste Mal, dass menschliche Zellen zur Schaffung einer lebenden Struktur verwendet wurden.
Nachdem sich die Zellen ausgebreitet hatten, machte sich das Team an die Arbeit und experimentierte an ihrem neu gebildeten Aneurysma, indem es Kuhblutplasma durch die Struktur fließen ließ und dann ihr eigenes endovaskuläres Coiling durchführte. Erstaunlicherweise gelang es der Spirale, an der Stelle ein Gerinnsel zu bilden – was bedeutete, dass der Blutfluss unterbrochen war und das Modell funktionierte!
Gerinnsel (rot) und Endothelzellen (grün) im Aneurysma-Modell. (Kang et al., Biofabrication, 2020)
Das Team betont, dass es noch ein langer Weg sei, bis es für Ärzte verfügbar sei. Sie müssen noch mehr an Computermodellen der Gerinnung in drei Dimensionen arbeiten und dabei ein besseres Partikelbild verwenden Geschwindigkeitsmessung und die Wandschubspannung, die Aneurysmen überhaupt erst verursacht, besser nachahmen zu können.
Mithilfe von Gehirnscans von Patienten und Computermodellierungssystemen hoffen sie jedoch, dass die physischen Modelle dazu beitragen können, auf das Aneurysma eines bestimmten Patienten zu personalisieren.
Dies ist eine aufregende Entwicklung, die viele potenzielle Einsatzmöglichkeiten bietet, und das Team ist der Meinung, dass dies eine bessere Option zur Bewertung neuer Behandlungen sein könnte als Tiermodelle, und wenn es mit Computermodellen verwendet wird, könnte es die Zeit verkürzen, die für neue chirurgische Techniken benötigt wird um zur Klinik zu gelangen.
'Das in vitro „Das Modell kann für die Ausbildung von Chirurgen oder Medizinstudenten zum Einsatz neurovaskulärer Geräte in einer komplexen Gefäßstruktur verwendet werden“, schreibt das Team in seiner Arbeit.
„[Es] kann problemlos für Untersuchungen im Zusammenhang mit der Analyse der Gerinnungsreaktionen von Embolisationsgeräten, der Heilungsreaktionen nach der Behandlung und der biophysikalischen Mechanismen der Aneurysmabildung oder -ruptur unter Verwendung der resultierenden hämodynamischen Daten eingesetzt werden.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Biofabrikation .