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Bachelorarbeit Maschinentechnik: In-vitro Modell eines Herzkranz-Gefässes

In-vitro-Test statt Tierversuch

Mit sogenannten Stents werden verkalkte Arterien offen gehalten, damit das Risiko für Herzinfarkt und Schlaganfall sinkt. Die Maschinentechnik-Absolventinnen Lea Dal Fabbro und Deborah Lüthi haben im Rahmen ihrer Bachelorarbeit eine Anlage konstruiert, in welcher neue Stents in-vitro getestet werden können.

Fast 120’000 Personen wurden alleine 2010 – dem Jahr der letzten statistischen Erfassung – in der Schweiz wegen Herz-Kreislauf-Erkrankungen behandelt. Zu den Herz-Kreislauf-Erkrankungen gehört etwa die Arteriosklerose, bei der Ablagerungen die Blutgefässe verengen; das kann zu Herzinfarkt, Schlaganfall oder plötzlichem Herztod führen. Nach einem Herzinfarkt und zur Prävention von weiteren Verengungen werden sogenannte Stents verwendet. Das sind Gefässstützen, welche operativ eingesetzt werden und die Arterien offen halten. Die beiden Maschinentechnik-Absolventinnen Lea Dal Fabbro und Deborah Lüthi haben im Rahmen ihrer Bachelorarbeit eine Anlage konstruiert, in welcher solche Stents in-vitro getestet werden können. Bislang müssen die Tests im Rahmen von Tierversuchsreihen durchgeführt werden.

Bild Herzkranzgefässe
Lea Dal Fabbro (links) und Deborah Lüthi haben eine Testanlage für Stents entwickelt.
Lea Dal Fabbro (links) und Deborah Lüthi haben eine Testanlage für Stents entwickelt.

Zusammenarbeit mit ZHAW Life Sciences

Eine intensive Recherche stand am Beginn der Arbeit, wie Absolventin Lea Dal Fabbro berichtet: «Wir mussten uns in neue Fachgebiete einlesen, über die wir zuvor noch wenig wussten.» Denn im Rahmen ihrer Bachelorarbeit kooperierten die Absolventinnen eng mit dem Departement Life Sciences der ZHAW. Dort wurde die künstliche Arterie, ein sogenannter Scaffold, hergestellt und mit menschlichen Zellen beschichtet.«Die Kommunikation mit dem Departement in Wädenswil war ebenso wichtig wie herausfordernd», berichtet Deborah Lüthi. Und Lea Dal Fabbro ergänzt: «Wir mussten lernen, welches Umfeld für die künstliche Arterie am besten geeignet ist; die Kollegen am Departement Life Sciences wiederum mussten die Arterien auf unsere mechanischen Ansprüche auslegen.»

«Normalerweise arbeiten wir zum Beispiel mit Metall, dessen Eigenschaften recht stabil sind. Das menschliche und tierische Gewebe, das wir hier untersuchten, lieferte immer wieder andere Ergebnisse.»

Deborah Lüthi

Ungewohntes Material

Die Testkammer mit künstlicher Arterie ist das wortwörtliche Herzstück der Testanlage.
Die Testkammer mit künstlicher Arterie ist das wortwörtliche Herzstück der Testanlage.

Mit diesem Wissen konstruierten die Absolventinnen eine erste Testkammer, um das Zellwachstum am Scaffold zu beschleunigen. Für die effektiven Tests produzieren sie eine weitere Testkammer mit besseren Eigenschaften hinsichtlich Dichtung und Transparenz. Bevor sie die Tests durchführen konnten, untersuchten Lea Dal Fabbro und Deborah Lüthi den Scaffold auf seine mechanischen Eigenschaften und verglichen diese mit denen von Schweinearterien, die für solche Tests normalerweise verwendet werden. «Das war eine weitere Herausforderung für uns: Normalerweise arbeiten wir zum Beispiel mit Metall, dessen Eigenschaften recht stabil sind. Das menschliche und tierische Gewebe, das wir hier untersuchten, lieferte hingegen immer wieder andere Ergebnisse», berichtet Deborah Lüthi.

Test unter realen Bedingungen

Am fertigen Prototyp führten die Absolventinnen einen Test unter realen Bedingungen durch.
Am fertigen Prototyp führten die Absolventinnen einen Test unter realen Bedingungen durch.

Am fertigen Prototyp mit Arterie, Kammer und Kreislauf führten die Absolventinnen anschliessend einen Test unter realen Bedingungen durch: mit einem Druck von 120/80 mmHG und einer Fliessgeschwindigkeit von 80 ml/min, was dem menschlichen Blutkreislauf entspricht. Es gelang ihnen auch, einen Stent während des laufenden Tests in die Arterie einzuführen beziehungsweise Stents auszutauschen. In kommenden Bachelor-arbeiten werden nun weitere Aspekte untersucht: zum Beispiel das Strömungsverhalten. Die Absolventinnen bleiben dem Fachgebiet der Biomechanik treu: Lea Dal Fabbro beginnt ein Masterstudium in Biomedical Engineering, Deborah Lüthi arbeitet bei einem Hersteller von Wirbelsäulenimplantaten.

Ausgewählte Bachelorarbeiten 2016

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  • Der Anmeldeschluss für das Herbstsemester ist am 30. April 2019 abgelaufen, aber es sind noch vereinzelte Studienplätze vorhanden. Melden Sie sich bei Interesse beim Studiengangsekretariat.