In den Vereinigten Staaten sind Herzkrankheiten die häufigste Todesursache, an der nach Angaben der Centers for Disease Control and Prevention jährlich über 600 000 Menschen sterben. Es ist zwar statistisch erwiesen, dass Ernährung und körperliche Betätigung zu Herzkrankheiten beitragen, aber es sind viele Mechanismen im Spiel, die zu Herzinfarkten führen. Scheinbar gesunde, aktive Menschen mit geringem Gewicht und niedrigem Cholesterinspiegel können ohne Vorwarnung tot umfallen. Daher ist das Verständnis der vielen Facetten der Herzfunktion von entscheidender Bedeutung für die Senkung der Sterblichkeitsrate.
Das Wu-Labor im kardiovaskulären Institut der Stanford University in Palo Alto, Kalifornien, erforscht die Mechanismen, die für menschliche Herzkrankheiten verantwortlich sind. Der Leiter der Gruppe, Dr. Sean Wu, hofft, dass die neu gefundenen Informationen durch die Identifizierung der genetischen Regulierung der Herzbildung, die während der fötalen Entwicklung stattfindet, zum Verständnis der Ursachen von Herzerkrankungen bei Erwachsenen beitragen können.
Während ein Teil der Forschung an Mäuseherzen durchgeführt wird, gehört Soah Lee, Ph.D., eine Postdoktorandin in der Gruppe, zu einem Forschungsteam, das Stammzellen zur Untersuchung des Herzbildungsprozesses verwendet. Soah erklärt, dass sie in den Forschungsprotokollen Blut von gesunden Menschen entnimmt und die Zellen in eine Stammzelle umprogrammiert. Da aus Stammzellen während der fötalen Entwicklung spezifisches Gewebe entsteht, können die Zellen für weitere Untersuchungen in Herzmuskelzellen differenziert werden.
Bei der Kultivierung ändert sich die Zellmorphologie jedoch in eine runde Form, und Soah muss der rechteckigen Form der tatsächlichen Herzmuskelzellen im menschlichen Körper entsprechen. Daher ist eine Musterung erforderlich, um die richtige Form zu erzeugen. Schablonen aus dem organischen Polymer Kapton ermöglichen es den Zellen, sich der gewünschten Form anzupassen, und sie können leicht in einer Design-Software wie Solidworks entworfen werden.
Da die internen Fertigungsmöglichkeiten begrenzt waren, wandte sich Soah an Potomac, um die hochpräzisen Schablonen herzustellen. Sie stellt fest, dass "die herkömmliche Fotolithografie zu teuer und zu langsam war, um für die Forschung in Frage zu kommen. Da die Fertigung bei Potomac auf CAD- und digitalen Herstellungsverfahren basiert, konnte ich schnell und kostengünstig eine Vielzahl von Designs ausprobieren." Soah schuf eine 17 x 112 Mikrometer große Form, untersuchte aber auch eine Vielzahl von Seitenverhältnissen.
Da ein digitaler Fertigungsauftrag für kleine Mengen verschiedener Designs erteilt werden kann, kann ein Forscher verschiedene Hypothesen testen und herausfinden, was am besten funktioniert, bevor er größere Mengen bestellt. Iteratives Design ist auch ein fester Bestandteil der Rapid-Prototyping-Dienste von Potomac. Ein Entwurf kann getestet, analysiert und optimiert werden, um dann erneut einen Prototyp zu erstellen und so das beste Ergebnis zu erzielen. Mehr als traditionelles Rapid Prototyping, Potomac's Proving Ground Programm von Potomac ist ein neuer Designtest-Service, der Ingenieuren und Designern in den Bereichen Biotechnologie, Medizintechnik, Mikroelektronik, Mikrofluidik und Konsumgüter einen ersten Schritt zur Erprobung einer Idee ermöglicht, wobei bestimmte Parameter eingehalten werden, die die Einrichtungskosten senken.
Der Einsatz der UV-Laserbearbeitung von Potomac zum Schneiden von Kapton ist ebenfalls ein Schlüsselfaktor für den Erfolg des Projekts. UV-Licht schneidet organische Polymere fast ohne thermische Schädigung, so dass die Teile sehr glatt sind. Soah berichtete, dass sie keine Probleme damit hatte, dass die Zellen auf rauen Oberflächen hängen blieben, und auch keine Probleme mit dem Entfernen der Schablone nach der Fertigstellung.
Wissenschaftler, Ingenieure und Forscher wollen mehr Zeit mit der Arbeit an Experimenten in ihrem Fachgebiet verbringen und nicht lernen, wie man Teile herstellt. Potomac lieferte nicht nur gute Teile, sondern war auch sehr effizient, und der Bestellvorgang war einfach", so Soah, die dadurch mehr Zeit für ihre wichtige Arbeit hat, die Türen zum Verständnis tödlicher Herzkrankheiten öffnet.
