Periphere Nervenverletzungen (PNI) stellen in der klinischen Behandlung eine große Herausforderung dar und führen häufig zu Funktionseinschränkungen. Herkömmliche Verfahren, wie z. B. Nerventransplantationen, stoßen aufgrund der Morbidität der Spenderstelle und der Verfügbarkeit an ihre Grenzen. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, haben Forscher der University of Manchester und der Nanyang Technological University innovative Ansätze zur Herstellung von Nervenleitschienen mit Mikrorillen-Muster (NGCs) erforscht. Diese Conduits erleichtern die geführte axonale Regeneration und verbessern die Ergebnisse für Patienten mit Nervenschäden.
Mit Hilfe der Projection Micro-Stereolithography (PµSL)- Technologie von Boston Micro Fabrication (BMF) entwickelte das Team erfolgreich hochauflösende Mikrorillen-Masterformen, die die Herstellung von fortschrittlichen Nervenleitschienen ermöglichten.
Den derzeit auf dem Markt erhältlichen Nervenleitschienen fehlen spezifische zellinstruktive Orientierungshilfen, die für eine gerichtete Nervenregeneration entscheidend sind. Das Team benötigte eine hochauflösende, skalierbare und kostengünstige Methode zur Herstellung präziser Mikrorillenstrukturen für eine verbesserte Ausrichtung und ein besseres Wachstum der Nervenzellen. Herkömmliche Photolithographietechniken waren für ihre Bedürfnisse zu komplex, zeitaufwändig und kostspielig.
Um diese Herausforderungen zu meistern, nutzten die Forscher die PµSL-3D-Drucktechnologie von BMF zur Herstellung von Mikrorillen-Masterformen mit ultrafeinen Merkmalen (10-30 µm Auflösung). Diese Formen wurden dann verwendet, um flexible Polydimethylsiloxan (PDMS)-Schablonen zu erstellen, die das Gießen von biokompatiblen Polymerfilmen für die Nervenleitschienen erleichterten.
Warum BMF?
Die PµSL-Technologie von BMF war aufgrund ihrer extrem hohen Auflösung (2µm) die ideale Wahl für diese Anwendung. Der 3D-Drucker von BMF:
- Ermöglicht die präzise Herstellung von Mikrorillenstrukturen, die eine genaue Ausrichtung der Zellen gewährleisten.
- Ermöglicht es den Forschern, verschiedene Mikrorillenarchitekturen effizient zu testen.
- Besser zugänglich als die herkömmliche Fotolithografie, was die Entwicklungskosten senkt.
- Eliminierung komplexer Verarbeitungsschritte, wodurch die Herstellung von Biomaterialgerüsten für die Nervenregeneration rationalisiert wird.
3D-Design und Druck von Meisterformen
- Die Forscher entwarfen die Mikrorillenstrukturen in einer CAD-Software.
- BMF PµSL-Drucker produzierten hochauflösende 3D-gedruckte Urformen.
PDMS-Formen und Polymerfilm-Gießen
- PDMS wurde auf die 3D-gedruckten Urformen gegossen und ausgehärtet, um flexible Formen herzustellen.
- Biokompatible Polymerfilme (Polycaprolacton (PCL) und Polymilchsäure (PLA)) wurden in Lösungsmittel auf die PDMS-Formen gegossen.
Prüfung & Validierung
- SH-SY5Y-Neuroblastomzellen wurden auf die mit Mikrorillen strukturierten Folien ausgesät.
- Die Forscher untersuchten die Lebensfähigkeit, die Vermehrung und die Ausrichtung der Zellen, um die Wirksamkeit des Designs bei der Förderung der Nervenregeneration zu bestätigen.
Die Ergebnisse
- Präzise Mikrorillen-Strukturen: Die gedruckten BMF-Formen ermöglichten die Herstellung von hochdetaillierten Mikrorillen, die die axonale Ausrichtung und die Nervenregeneration verbesserten.
- Verbesserte Biokompatibilität: Die resultierenden PCL/PLA-Filme wiesen eine ausgezeichnete Oberflächenmorphologie, Rauheit und mechanische Eigenschaften auf.
- Erfolgreiches Zellwachstum und -ausrichtung: Die Bildgebung von lebenden Zellen bestätigte die hohe Lebensfähigkeit der Zellen und das gerichtete Wachstum entlang der Mikrorillen, was die Wirksamkeit des Designs beweist.
- Skalierbarkeit und Effizienz: Der 3D-Druck-Ansatz von BMF hat die Kosten und die Komplexität der Herstellung von mikrostrukturierten Nervenleitschienen erheblich reduziert.
"Die PµSL-Technologie von BMF lieferte die ultrahohe Präzision, die wir für die Herstellung von Mikrorillen-Masterformen für Nervenregenerationsanwendungen benötigten. Die Möglichkeit, schnell Prototypen herzustellen und unsere Designs zu skalieren, machte diese Technologie zu einem unschätzbaren Werkzeug für unsere Forschung."
- Dr. Hexin Yue, Universität von Manchester
Durch den Einsatz des hochauflösenden Mikro-3D-Drucks von BMF haben die Forscher einen wichtigen Schritt zur Verbesserung von Behandlungen zur Nervenregeneration gemacht. Die erfolgreiche Herstellung von NGCs mit Mikrorillenmuster zeigt, wie die ultrapräzise additive Fertigung Innovationen in biomedizinischen Anwendungen vorantreiben kann.
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