3D-gedruckte Anwendungen zur Behandlung von Brustkrebs

Laut der Weltgesundheitsorganisation (WHO) wurde im Jahr 2020 bei 2,3 Millionen Frauen weltweit Brustkrebs diagnostiziert und 685.000 Frauen starben daran. Es handelt sich um die weltweit am weitesten verbreitete Krebsart und eine der Haupttodesursachen für Krebserkrankungen bei Frauen. Auch Männer leiden an dieser Krebsart. Etwa 0,5% bis 1% der Brustkrebsfälle betreffen Männer. 40% der Frauen, die an Brustkrebs erkranken, müssen sich einer Mastektomie unterziehen, bei der eine Brust teilweise oder vollständig entfernt wird, um wieder gesund zu werden. Allerdings entscheiden sich nur 20 % dieser Frauen für eine Brustrekonstruktion, obwohl diese den Patientinnen häufig empfohlen wird. Um die Sache zu unterstützen, wurde der Oktober zum Monat der Aufklärung über Brustkrebs erklärt, genauer gesagt ist der 19. Oktober der Weltbrustkrebstag. Zu Ehren dieses Tages haben wir die verschiedenen Möglichkeiten zusammengestellt, wie der 3D-Druck dazu beitragen kann, den Kampf gegen Brustkrebs zu unterstützen und seine Behandlung zu erleichtern.

TissueDerm – PLCOSkin

Das Biotech-Startup PLCOskin aus Korea hatte seinen Ursprung als Unternehmensforschungszentrum der Yonsei-Universität. Es hat sich mit der Entwicklung von TissueDerm™auf die Rekonstruktion von Weichgewebe spezialisiert. TissueDerm™ist eine künstliche Mehrzweck-Dermis, die aus der Kombination von tierischem Kollagen und künstlichem Polymer hergestellt wird und in 3D-gedruckt wird. In der Chirurgie wird TissueDerm™ zur Rekonstruktion von defektem Weichgewebe, wie etwa der Brust von Brustkrebspatientinnen eingesetzt. PLCOskin bietet daneben auch weitere Behandlungsmöglichkeiten für diese Patientinnen, zum Beispiel Brustprothesenabdeckungen für die Brustrekonstruktion. Auch in Korea ist Brustkrebs die häufigste Krebserkrankung von Frauen und nimmt jährlich um 5% zu. Rund 80% der Patientinnen verzichten nach einer Mastektomie allerdings auf eine Brustrekonstruktion aufgrund der Kosten und Nebenwirkungen. TissueDerm™ist ein sicheres künstliches Implantat, das ca. 50% günstigere als andere Produkte auf dem Markt ist und auch keine Nebenwirkungen aufweist. Das verwendete Material verfügt über eine hervorragende Biokompatibilität und eine hohe Zugfestigkeit, sodass es keine Entzündungen im Körper der Patientin verursacht.

Bild: PLCOSkin / Invest Korea

Die französische Prothese MATTISSE

Nach sechs Jahren Forschung und zwölf angemeldeten Patenten hat das Unternehmen Lattice Medical aus Lille eine Brust-Bioprothese entwickelt, die 3D-Druck, Biomaterialien und Gewebetechnik miteinander verbindet. Die MATTISSE genannte Bioprothese besteht aus einer 3D-gedruckten Schale, die nicht nur das gewünschte Volumen und die gewünschte Form der Brust bietet, sondern auch das zu regenerierende Gewebe fixiert. Das Ziel ist es, allen bedürftigen Frauen eine natürliche Brustrekonstruktion in einem einzigen Eingriff anzubieten.

Konkret wird die MATTISSE-Bioprothese aus resorbierbaren Biomaterialien hergestellt, die die Regeneration von autologem Fettgewebe ermöglichen. Nach der Implantation regeneriert sich das Gewebe sechs Monate lang und die Prothese verschwindet gleichzeitig auf natürliche Weise. Lattice Medical hat sich daher mit einer Flotte von 3D-Druckern – genauer gesagt UltiMaker-Maschinen – ausgestattet, die sich in einem sterilem Raum befinden und den Anforderungen des medizinischen Sektors entsprechen. Ende 2022 kündigt das französische Unternehmen den Beginn seiner klinischen Studien an. Ziel ist es, die CE-Kennzeichnung zu erhalten, um mit der Vermarktung seiner Bioprothese in Europa beginnen zu können.

Healshape

Healshape wurde im Januar 2020 in Lyon gegründet und ist ein biomedizinisches Startup-Unternehmen, das sich auf die Brustrekonstruktion und -vergrößerung durch Bioprinting spezialisiert hat. Das Unternehmen will „natürliche Lösungen zur Brustrekonstruktion für jede Frau entwickeln“ und richtet sich an die 40 % der 2,2 Millionen Frauen, bei denen Brustkrebs diagnostiziert wurde und die eine Mastektomie benötigen (2020). Wie Lattice Medical bietet es eine vollständig personalisierte Bioprothese mit dem Namen UR SHAPE an, bei der es sich um eine „100 % natürliche Matrix aus biobasierten Materialien [die in 3D gedruckt werden können] handelt, die durch die Verwendung einer Tinte, die die Regeneration des Gewebes jeder einzelnen Frau erleichtert, resorbierbar sind.“ Nach der Implantation kann der Arzt die eigenen Zellen der Patientin injizieren, indem er ein Lipofilling durchführt. Es ist also nur ein einziger Eingriff erforderlich. Diese Zellen werden dann die Form der Bioprothese annehmen und können das Brustgewebe wieder aufbauen. Nach einigen Monaten kann sich die Prothese von selbst auflösen und nur die eigenen Zellen der Patientin zurücklassen, die dann wieder in ihre Brust zurückkehren können sollen.

Maßgeschneiderte Brustprothesen aus dem 3D-Drucker der Universität Limerick

An der Universität Limerick in Irland haben Forscher angekündigt, was sie für eine „Weltneuheit“ halten: die Herstellung von maßgeschneiderten Brustprothesen für Frauen nach einer Mastektomie mithilfe von 3D-Scanning und 3D-Druck. Als Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen der Abteilung für schnelle Innovation der Universität Limerick (UL), der Abteilung für symptomatische Brustpflege des Universitätskrankenhauses Limerick (UHL) und dem Mid-Western Radio-Onkologiezentrum des privaten Mater-Netzwerks hofft dieser Ansatz, die Lebensqualität von Brustkrebsüberlebenden zu verbessern. Im Wesentlichen werden Frauen, die sich einer vollständigen Mastektomie unterzogen haben, Zugang zu vollständig personalisierten Prothesen haben, die vor Ort am Point of Care hergestellt werden und sich perfekt an die verbleibende Brust anpassen, unabhängig von ihrer Form und Größe. Obwohl die Forscher nicht angeben, welche 3D-Drucktechnologie verwendet wurde, erwähnen sie, dass die Behandlung hofft, das Fehlen eines „one size fits all“-Ansatzes zu beheben, der derzeit die Norm ist. Das Projekt zielt außerdem darauf ab, in ganz Irland Lösungen für maßgeschneiderte Prothesen anzubieten.

Das Team, das hinter dem UL-Projekt steht (von links nach rechts) : Emmajude Lyons, Doktorandin, Rapid Innovation Unit, Universität Limerick; Dr. Lorraine Walsh, Beraterin für Radioonkologie, Privates Netzwerk Mater Limerick; M. Chwanrow Baban, Berater für allgemeine und onkoplastische Brustchirurgie, Symptomatische Brusteinheit, Universitätsklinikum Limerick; und Dr. Kevin J O’Sullivan, leitender Forscher, Rapid Innovation Unit (Bild: Universität Limerick).

Die Zusammenarbeit von 3D Systems und Collplant

CollPlant und 3D Systems haben eine Vereinbarung zur gemeinsamen Entwicklung einer 3D-gedruckten, regenerierbaren Weichgewebematrix für die Brustrekonstruktion getroffen, die mithilfe von rhCollagen-basierten Biotinten die Infiltration und Proliferation von Zellen fördern kann. Diese Geweberegeneration minimiert das Risiko einer negativen Immunreaktion. Aufgrund seines pflanzlichen Ursprungs bietet rhCollagen außerdem eine höhere Sicherheit und erfüllt gleichzeitig die mechanischen Anforderungen von Implantationsverfahren.

Bild: 3D Systems

Brustprothesen aus dem 3D-Drucker

Ein Team von Wissenschaftlern führte eine Studie über die Behandlung von Brustkrebs mit lokalisierter Chemotherapie durch. Die herkömmliche Chemotherapie wird in massiven Dosen verabreicht, was zu toxischen Nebenwirkungen wie Haarausfall, Anämie und Übelkeit führt. Mithilfe des 3D-Drucks entwarfen die Forscher eine Prothese, die Paclitaxel (PTX) und Doxorubicin (DOX) enthielt, um das Wiederauftreten von bösartigen Tumoren und Metastasen zu begrenzen. Es stellte sich heraus, dass die 3D-gedruckte Prothese, die die Moleküle enthielt, in der Lage war, die Medikamente kontinuierlich für mehr als drei Wochen freizusetzen, was ein Wiederauftreten der Krebszellen verhindert und die Nebenwirkungen erheblich einschränkt. Obwohl die Studie an Mäusen durchgeführt wurde, sind die Ergebnisse vielversprechend für die Entwicklung zukünftiger Brustkrebstherapien.

Bild: Drew Hays/Unsplash

Partnerschaft zwischen Fraunhofer IPT und BellaSeno

In Zusammenarbeit mit dem Unternehmen BellaSeno arbeitet das Fraunhofer IPT an der Entwicklung eines automatisierten Produktionssystems, mit dem in Zukunft Brustimplantate aus körpereigenem Gewebe hergestellt werden können. Im Rahmen dieses Projekts kombinieren die Unternehmen ihr Fachwissen im Bereich des 3D-Drucks sowie ihre Kenntnisse in den Bereichen Mechanik, Elektronik und Messtechnik. Diese neue Methode dürfte vielen Frauen Hoffnung geben, da herkömmliche Implantate häufig eine Abwehrreaktion des Körpers hervorrufen und somit ein zusätzliches Gesundheitsrisiko für die Patientinnen darstellen. Bei den 3D-gedruckten Polycaprolactonimplantaten von BellaSeno soll das implantierte Material innerhalb von zwei Jahren vom Körper vollständig abgebaut werden, sodass die Brust wieder aus körpereigenen Zellen besteht. Mithilfe der additiven Fertigung soll es außerdem möglich sein, die Implantate effizienter und kostengünstiger herzustellen, sodass sich mehr Frauen operieren lassen können. Allerdings wird es noch mehrere Jahre dauern, bis die Implantate zugelassen werden. Die beiden Unternehmen hoffen, in den nächsten Jahren über einen ersten Prototyp verfügen zu können.

Bild: BellaSeno

Krebs mithilfe von 3D-gedruckten Tumoren behandeln

An der Universität Waterloo in Ontario, Kanada, führt ein Forscherteam den Kampf gegen Brustkrebs mithilfe von 3D-Bioprinting. Das Team revolutioniert die Art und Weise, wie Krebsbehandlungen in Kanada und auf der ganzen Welt traditionell durchgeführt werden. Früher entnahmen Ärzte Tumore durch Biopsien, die dann unter einem zweidimensionalen Mikroskop untersucht wurden. Mit der Einführung des 3D-Biodrucks sind Ärzte jedoch in der Lage, Tumore Schicht für Schicht zu modellieren – eine vollständige Modellierung wie nie zuvor – und neue Wege für schnellere und kostengünstigere Behandlungen zu eröffnen, wie z. B. die Erprobung von Chemotherapie-Medikamenten und die Planung der besten Behandlungsergebnisse.

Bild: Universität Waterloo

Ein in 4D gedrucktes Implantat, das sich dem Körper anpasst und Medikamente freisetzt

Eine Gruppe von Forschern der Queen’s University Belfast (QUB) hat mithilfe von Tinkercad und dem 3D-Bio-Drucker Cellink Bio X 4D-gedruckte Implantate hergestellt. Diese personalisierten Implantate wurden aus intelligenten Materialien hergestellt, die ihre Form und ihre Eigenschaften verändern können. Dank dieser Technologie können die Implantate programmiert und durch externe Stimuli wie Temperatur oder Luftfeuchtigkeit gesteuert werden, um ihre Anpassung an den jeweiligen Patienten zu verbessern. Die Vorteile der Verwendung des 4D-Drucks in Implantaten sind nicht nur ästhetischer Natur, sie sind auch in der Lage, Medikamente nach und nach an ganz bestimmten Stellen freizusetzen. Diese Art von Chemotherapie-Medikament (Doxorubicin oder DOX) hilft dem Patienten, das Wiederauftreten von Krebszellen zu verhindern.

Bild: QUB

3D-gedrucktes Ultraschallgerät zur Bekämpfung von Brustkrebs

Ein Forscherteam des MIT hat ein 3D-gedrucktes Gerät entwickelt, das einen Beitrag zur Bekämpfung von Brustkrebs zu leisten verspricht. Das Ultraschallgerät soll eine Früherkennung von Brustkrebs ermöglichen. Intervallkrebserkrankungen geben Ärzten und Patienten Anlass zur Sorge. Dabei handelt es sich um Tumore, die zwischen den regelmäßigen Mammografien schnell wachsen und aggressiver sind als die routinemäßig erkannten Tumore. Canan Dagdeviren, Hauptautorin der Studie, erklärt, dass es ihr Ziel war, ein Gerät zu entwickeln, das ein häufigeres Screening bei Personen mit hohem Risiko ermöglicht. Das „cUSBr-Patch“, ein 3D-gedrucktes Pflaster mit Öffnungen, ermöglicht einen Tiefenscan und liefert ein Bild der Brust aus verschiedenen Winkeln. Das Gerät wurde mit einem 3D-Drucker Prusa i3 MK3S+ unter Verwendung von TPU und PLA hergestellt, wird am BH befestigt und hilft bei der Bekämpfung dieser Intervallkrebserkrankungen.

Bild: MIT

3D-gedruckte Gerüste für die rekonstruktive Chirurgie

Unabhängig von der Krankheit ist die rekonstruktive Chirurgie eine Möglichkeit, den Patienten ein normales Leben zu ermöglichen und ihr Selbstbewusstsein zu stärken. Forscher der Weill Cornell Medicine nutzten daher den 3D-Druck, um das natürliche Aussehen der Bemühungen zur Wiederherstellung der Brustwarze bei Patienten, die sich einer Mastektomie unterzogen haben, zu verbessern. Das 3D-gedruckte Gerüst besteht aus Poly-4-Hydroxybutyrat (P4HB), einem Polymer, das bereits für chirurgische und medizinische Geräte verwendet wird. Das anpassbare Gerüst schafft eine Form, die schließlich vom Körper während seines natürlichen Heilungsprozesses gefüllt wird, woraufhin sich P4HB zersetzt. „Dies ist ein wichtiger Schritt, um Patientinnen, die sich nach einer Mastektomie für eine Brustrekonstruktion entscheiden, dabei zu helfen, sich wieder ganz zu fühlen„, erklärt Dr. Jason Spector, Professor für Chirurgie.

Bild: Spector Lab/Weill Cornell Medicine

Isolierung aggressiver Krebszellen

Einer Forschungsgruppe der Universität Girona ist es gelungen, die Zellen zu isolieren, die Brustkrebs bei Frauen verursachen. Sie druckten winzige Matrizen, sogenannte Scaffolds, im 3D-Druckverfahren, die Gewebe und Fasern des menschlichen Körpers nachbilden. Mithilfe der Software BCN3D Cura und dem 3D-Drucker Sigma des Herstellers aus Barcelona testeten sie verschiedene Parameter, um die für die Forschung optimalsten Modelle zu erstellen. Sie fertigten zehn Kopien von jeder Konfiguration an, um zu sehen, welche Geometrie die Stammzellen, die Rückfälle verursachen, am besten separierte. Wenn die Stammzellen isoliert werden, können die Forscher sie besser untersuchen, um die Biomarker zu finden, die für die Tumore verantwortlich sind, und sie mit Medikamenten anzusprechen.

Bild: BCN3D

Brustkrebs-Tumormodelle als klinische Testplattform

Für die Erforschung von Krebsmedikamenten gibt es derzeit keine ausreichenden vorklinischen Plattformen. Ein Forscherteam der Pennsylvania State University hat sich deshalb darauf spezialisiert, mittels 3D-gedruckten Brustkrebs-Modellen die Interaktion zwischen Tumorzellen, Krebsmedikamenten und menschlichen Immunzellen zu erforschen. Die Ergebnisse der Studie wurden im Oktober 2022 in den medizinischen Fachjournalen Advanced Functional Materials und Biofabrication veröffentlicht. Zunächst wurde durch aspirationsgestütztes Bioprinting ein dreidimensionales Modell eines Brustkrebstumors gedruckt, das zu einem Tumormodell geformt wurde. In erster Linie testete das Forscherteam, wie das Tumormodell auf Doxorubicin, ein Chemotherapeutikum, reagiert, das häufig bei der Behandlung von Brustkrebs zum Einsatz kommt. Es konnte festgestellt werden, dass das Tumormodell auf diese Chemotherapie reagierte. In weiterer Folge arbeiteten die Forscher mit einer Immunologin des Jackson Laboratory zusammen, um auch die Reaktion des 3D-gedruckten Gewebes auf menschliche Immunzellen zu erforschen. Die menschlichen CAR-T-Zellen, die dafür eingesetzt wurden, waren gentechnisch so verändert, dass sie Brustkrebszellen erkannten und angriffen. Bereits nach 72 Stunden konnte festgestellt werden, dass die CAR-T-Zellen eine positive Immunantwort ausgelöst hatten und Krebszellen angriffen. Ansätze wie die des 3D-gedruckten Tumormodells können dabei helfen, die Reaktion von Therapie-Maßnahmen auf Tumorgewebe zu bewerten und zu verstehen.

Bild: Penn State

ONEBra und der 3D-Druck von BH-Körbchen nach Brustkrebs

ONEBra ist ein junges italienisches Unternehmen, das eine Lösung für Frauen angeboten hat, die sich aufgrund von Brustkrebs einer Mastektomie unterziehen mussten. Häufig führt nämlich die durch diese Operation entstandene Asymmetrie der Brüste zu zusätzlichen psychologischen Schwierigkeiten für die Patientinnen. ONEBra hat daher personalisierbare und 3D-druckbare BH-Körbchen entwickelt, die an die Physiologie der Frau angepasst werden können. Die Kundin kann ihren Körper zu Hause scannen und die Bilder an das Unternehmen senden, das dann die individuell angepassten BH-Körbchen in 3D druckt und an die Wohnung der Patientin schickt. Durch den Einsatz der additiven Fertigung wird das Produkt in kurzer Zeit und unter voller Wahrung der Privatsphäre der Person versandt.

Die 3D-gedruckten Mützen von ONEBra werden mit der HP MJF-Technologie aus TPU hergestellt. (Bild: ONEBra)

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