3D-gedrucktes dehnbares Arterienimplantat senkt Blutdruck um 15 %

Die Forscher geben an, dass die Technologie langfristig neue Behandlungsansätze für medikamentenresistente Hypertonie unterstützen könnte, eine Erkrankung, bei der viele Amerikaner auf mehrere Medikamente mit begrenztem Erfolg angewiesen sind.

Weiche Materialien, sichererer Sitz: Die meisten implantierbaren Bioelektroniksysteme verwenden starre Metalle und Kunststoffe, die sich nicht natürlich mit den Blutgefäßen bewegen können. Arterien dehnen sich während der Durchblutung ständig aus und ziehen sich zusammen, was zu Belastungen bei starren Implantaten führt, die an ihrer Oberfläche befestigt sind.

Diese Bewegung kann im Laufe der Zeit die Verbindung des Implantats schwächen und das umliegende Gewebe schädigen. Das 3D-gedruckte CaroFlex-Implantat. Quelle: Tao Zhou/Penn State. Das Team näherte sich dem Problem anders an: Statt harter Materialien bauten die Forscher CaroFlex aus leitfähigen Hydrogelen, weichen Materialien, die die Flexibilität biologischen Gewebes sehr gut nachahmen.

Das Implantat verwendet zudem eine klebende

Das Implantat verwendet zudem eine klebende Hydrogel-Schicht, die eine direkte Verbindung zur Arterienwand ohne chirurgische Naht ermöglicht. „Diese Geräte werden normalerweise mit Nähten fixiert", sagte Tao Zhou, Assistenzprofessor für Ingenieurwissenschaften und Mechanik an der Penn State. „Diese Nähte können im Laufe der Zeit das Gewebe schädigen, mit dem sie integriert sind." Elektrisches Steuerungssystem CaroFlex zielt auf den Baroreflex des Körpers ab, ein eingebautes System, das den Blutdruck über Nervenimpulse reguliert.

Das Implantat befindet sich in der Nähe des Karotissinus, eines Abschnitts der Karotisarterie, der druckempfindliche Nervenendigungen enthält. Diese Rezeptoren überwachen kontinuierlich Veränderungen des Blutflusses und senden Signale an das Gehirn, welches daraufhin die Herzfrequenz und die Gefäßspannung reguliert.

Durch die Abgabe niederfrequenter elektrischer Impulse stimuliert das Implantat diese Rezeptoren und beeinflusst, wie der Körper auf steigenden Blutdruck reagiert. „Bei vielen Patienten lindert selbst die Einnahme einer Kombination aus drei bis fünf Medikamenten nicht den hohen Blutdruck", sagte Zhou.

Leistung und Energieausbeute

Er fügte hinzu, dass bioelektronische Therapien eine weitere Option für Patienten darstellen könnten, deren Bluthochdruck trotz der Standardtherapie unkontrolliert bleibt. Testen des ImplantatsVor Tierversuchen wurde die Haltbarkeit und die elektrische Leistungsfähigkeit des Implantats in Laborversuchen evaluiert. Die Hydrogelstruktur dehnte sich vor dem Reißen auf mehr als das Doppelte ihrer ursprünglichen Größe aus.

Das Klebematerial behielt auch nach sechs Monaten Lagerung eine stabile Leistung. Anschließend implantierte das Team CaroFlex in Ratten und überwachte die Blutdruckänderungen während kurzer Stimulationsphasen. Vier der fünf getesteten elektrischen Einstellungen senkten den Blutdruck im Durchschnitt um mehr als 15 %. Zudem verglichen die Forscher das Gerät mit konventionellen platinbasierten Elektroden.

Nach Angaben des Teams gewährleistete CaroFlex einen zuverlässigeren Kontakt zum Gewebe und lieferte eine gleichmäßiger elektrische Leistung. Zwei Wochen nach der Implantation zeigten das umgebende Gewebe nur geringe Anzeichen ündungen oder Immunaktivität. Die Forscher planen nun, das Gerät weiter zu optimieren, bevor sie zu Studien an größeren Tieren und zukünftigen klinischen Tests am Menschen übergehen.

Sie sind zudem der Ansicht, dass der 3D-Druck die Entwicklung personalisierter bioelektronischer Implantate zur Behandlung Erkrankungen beschleunigen könnte. Die Studie wurde in der Zeitschrift „Device" veröffentlicht.