Company creates innovative micro-3D printed medical device to accurately record the neuronal activity in mice

Waltham, Mass., June 3, 2024 (GLOBE NEWSWIRE) — Nano Dimension Ltd. (Nasdaq: NNDM) (“Nano Dimension”, “Nano”, or the “Company”), a leading supplier of Additively Manufactured Electronics (“AME”) and multi-dimensional polymer, metal & ceramic Additive Manufacturing (“AM”) 3D printing solutions, today announced that it has partnered with leading research centers in Canada and France on a breakthrough project using its precise Fabrica micro-3D printing systems. The study centers around the accurate recording of neuronal activity in mice, with the aim to elucidate the neuronal circuits and mechanisms involved in the processing of somatosensory information. The results of the project underscore the vital role played by innovative manufacturing solutions in the advancement of biomedical research and the development of cutting-edge medical devices.

According to the research team, which comprised researchers from three leading institutions, small or micro medical devices for research project purposes pose significant challenges in production due to their size, dimensional requirements, and intricate features. In this instance, the team needed to design a miniature brace capable of securely holding two electrodes on the vertebra of the mouse. To date, limited attempts have been made to explore the electrical activity of dorsal horn neurons in awake animals, which presented its own challenges for the team.

“Recording the electrical activity of neurons in the spinal cord of a conscious animal is not easy, mainly due to the movements induced by walking and breathing of the mouse, as well as the accessibility of the area in question,” explains Louison Brochoire, a PhD student at the University of Bordeaux in France.

“For this project, we needed the brace to allow movement of the animal while firmly securing and stabilizing electrodes that were inserted into very minute holes,” adds Brochoire, who worked under the supervision of professors from Bordeaux’ Institut des Maladies Neurodégénératives, as well as from the CERVO Research Center and University of Laval in Québec, Canada.

Mindful that traditional manufacturing methods would involve a lengthy struggle to produce a device that could effectively stabilize electrodes in place while maintaining accuracy and functionality, the team partnered with Nano Dimension to find an alternative solution.

The intricacy of the design challenge required precise dimensions, including 110µm holes for electrodes in a part that was merely 2.7mm in width. This saw Nano Dimension deploy its Fabrica micro-3D printing technology, which provides unparalleled micron-level precision. Using its Fabrica 3D printers, which produce accurate and functional parts with tight tolerances and a pixel size as small as 4µm and a layer height of between 1-10µm, the company was able to successfully 3D print the required brace. This provided a functional part for the team to use in their research within just one week.

For the research team, the result met their requirements exactly. “The ability to create such precise and minute holes within the brace was critical,” says Brochoire. “This design attribute helped to minimize artifacts caused by breathing and movements of the animal, which would interfere with our electrical signal, complicating the analysis of results.”

To deliver a functional part that met the specific requirements for implantation into a mouse, Nano Dimension used its bio-compatible Fabrica Medical M-810 material. With its clearance for cytotoxicity, which ensures that it is not toxic to human cells, the material was the perfect fit for the device needed by the team.

“The high precision and resolution of Nano Dimension’s micro-3D printing technology, coupled with the use of biocompatible material, empowered us to create a new tool essential for achieving our primary objective. The alternative using other means would have involved printing and modifying a larger part to achieve the desired features. This could have taken several months, which for a research project would be a real issue. Clearly, the use of such technologies in the medical field will surpass many limitations,” Brochoire concludes.

As well as Louison Brochoire, the other members of the research team comprised Professor Pascal Fossat from the Institut des Maladies Neurodégénératives (IMN); Professor Yves De Koninck from Québec’s CERVO Research Center; Professor Benoit Gosselin from Québec’s University Laval, Faculty of Science and Engineering, Department of Electrical and Computer Engineering; and Juliette Viellard, Post Doctoral Researcher from the University of Bordeaux

Unternehmen entwickelt innovatives mikro-3D-gedrucktes medizinisches Gerät zur exakten Aufzeichnung der neuronalen Aktivitäten bei Mäusen

Waltham, Mass., 3. Juni 2024 (GLOBE NEWSWIRE) — Nano Dimension Ltd. (Nasdaq: NNDM) („Nano Dimension“, „Nano‘ oder das „Unternehmen“), ein führender Anbieter von 3D-Druck-Lösungen für additiv gefertigte Elektronik (AME) und die additive Fertigung (AM) von Polymer-, Metall- und Keramikprodukten, hat heute bekanntgegeben, dass es führende Forschungseinrichtungen in Kanada und Frankreich mit seinen hochpräzisen Fabrica Mikro-3D-Drucksystemen bei einem bahnbrechenden Projekt unterstützt. Die Studie, in deren Mittelpunkt die exakte Aufzeichnung der neuronalen Aktivitäten bei Mäusen steht, zielt darauf ab, die an der Verarbeitung somatosensorischer Informationen beteiligten neuronalen Kreisläufe und Mechanismen zu untersuchen. Die Ergebnisse des Projekts verdeutlichen die wichtige Rolle innovativer Fertigungslösungen in der biomedizinischen Forschung und bei der Entwicklung moderner Medizinprodukte.

Nach Angaben des Forschungsteams, das sich aus Forschern dreier führender Einrichtungen zusammensetzt, ist die Herstellung kleiner bzw. mikromedizinischer Geräte für Forschungsprojekte aufgrund ihrer Größe, Maßanforderungen und komplexen Merkmale mit erheblichen Herausforderungen verbunden. In diesem Fall musste das Team eine Miniaturklammer entwerfen, die zwei Elektroden sicher am Wirbel einer Maus fixieren konnte. Bislang wurden nur wenige Versuche unternommen, die elektrischen Aktivitäten von Dorsalhornneuronen bei Tieren im Wachzustand zu erforschen, was das Team vor erhebliche Herausforderungen stellte.

„Die Aufzeichnung der elektrischen Aktivität von Neuronen im Rückenmark eines Tieres im Wachzustand ist nicht einfach, nicht nur, weil die Maus sich beim Laufen und Atmen bewegt, sondern auch wegen der eingeschränkten Zugänglichkeit des betreffenden Bereichs“, erklärt Louison Brochoire, Doktorand an der Universität Bordeaux in Frankreich.

„Bei diesem Projekt durfte die Klammer die Bewegungen des Tieres nicht einschränken und musste gleichzeitig die in winzige Löcher eingeführten Elektroden sicher fixieren und stabilisieren“, sagt Brochoire, der unter der Aufsicht von Professoren des Institut des Maladies Neurodégénératives Bordeaux sowie des CERVO-Forschungszentrums und der Universität Laval in Québec, Kanada, arbeitete.

Die Herstellung eines Geräts, das Elektroden bei gleichbleibender Präzision und Funktionalität wirksam stabilisieren konnte, war mit herkömmlichen Herstellungsverfahren nur mit großem Aufwand möglich. Auf der Suche nach einer alternativen Lösung wandte sich das Team schließlich an Nano Dimension.

Die Komplexität des Designs erforderte präzise Abmessungen, darunter Öffnungen für die Elektroden mit einem Durchmesser von nur 110 µm in einem Teil, das lediglich 2,7 mm breit war. Nano Dimension setzte seine Fabrica-Mikro-3D-Drucktechnologie ein, die eine unvergleichliche Präzision im Mikrometerbereich bietet. Mit seinen Fabrica 3D-Druckern, die präzise und funktionelle Teile mit geringen Toleranzen und einer Pixelgröße von nur 4 µm sowie einer Schichthöhe von 1-10 µm herstellen können, war das Unternehmen in der Lage, die erforderliche Klammer erfolgreich zu drucken. In nur einer Woche entstand ein funktionsfähiges Teil, das von dem Team für das Forschungsprojekt genutzt werden konnte.

Aus Sicht des Forschungsteams entsprach das Ergebnis genau den Anforderungen des Projekts. „Entscheidend war vor allem, präzise und extrem kleine Löcher in der Klammer fertigen zu können“, sagt Brochoire. „Dieses Designmerkmal trug dazu bei, die durch die Atmung und die Bewegungen des Tieres verursachten Artefakte zu minimieren, die unser elektrisches Signal sonst gestört und die Analyse der Ergebnisse erschwert hätten.“

Um ein funktionsfähiges Teil zu erhalten, das die konkreten Anforderungen für die Implantation in eine Maus erfüllen konnte, verwendete Nano Dimension sein biokompatibles Material Fabrica Medical M-810. Das Material ist nicht zytotoxisch, d. h. es ist nicht schädlich für lebende Zellen, und eignet sich daher perfekt für das vom Team benötigte Bauteil.

„Dank der hohen Präzision und Auflösung der Mikro-3D-Drucktechnologie von Nano Dimension in Verbindung mit dem biokompatiblen Material M-810 waren wir in der Lage, ein neues Werkzeug zu entwickeln, um unser Forschungsziel zu erreichen. Die Alternative wäre gewesen, durch Drucken und Modifizieren eines größeren Teils die gewünschten Eigenschaften zu erreichen.  Dieser Prozess hätte wahrscheinlich mehrere Monate gedauert, was bei diesem Forschungsprojekt ein großes Problem gewesen wäre.  Mit dieser Art von Technologie wird es zweifellos möglich sein, bestehende Grenzen in der Medizin zu überschreiten“, sagt Brochoire.

Neben Louison Brochoire bestand das Forschungsteam aus Professor Pascal Fossat vom Institut des Maladies Neurodégénératives (IMN), Professor Yves De Koninck vom CERVO-Forschungszentrum in Québec, Professor Benoit Gosselin von der Universität Laval in Québec, Fakultät für Natur- und Ingenieurwissenschaften, Fachbereich Elektrotechnik und Computertechnik, und Juliette Viellard, Doktorandin von der Universität Bordeaux.