Bioprinting – Das Drucken von lebendigen Zellen

Ein kleines Spielzeug hier und ein Plastikteil da – so sah die Vorstellung vieler Menschen aus, als das 3D-Druckverfahren einstmals der Öffentlichkeit präsentiert wurde. Doch mittlerweile haben die Geräte diesen Punkt weit überschritten. Was vor einigen Jahren noch undenkbar war, wird heute schon in vielen Laboren und medizinischen Einrichtungen praktiziert – das Drucken von organischem Material. Was einst mit ein paar Zellen begann, ermöglicht inzwischen bereits den Druck ganzer Organe.

Herz und Leber aus dem Drucker

Das Prinzip des Bioprintings unterscheidet sich dabei nicht von dem üblichen 3D-Druck bei anorganischem Material. Schichtweise werden die Zellen übereinander aufgebaut, bis schließlich das vollständige Organ für die Implantation zur Verfügung steht. Das könnte in Zukunft dazu führen, dass Spenderorgane großflächig vorhanden wären. Das heutige Listensystem mit langen Wartezeiten hätte somit ausgedient. Doch nicht nur große Organe können mit der Methode hergestellt werden. Der Kosmetikkonzern L’Oréal arbeitet derzeit daran, Haarfollikeln zu drucken, um den für viele Menschen durchaus schmerzhaften Haarverlust endlich Einhalt zu gebieten. Auch echte „Ohrprothesen“ könnten bald für Personen, die etwa durch einen Unfall das Organ verloren haben, Erleichterung versprechen. An der ETH Zürich wurden zu dem Zweck aus Knorpel-Spenderzellen, zum ersten Mal Ohren gedruckt. Noch befindet sich das Projekt in der Testphase, wobei die ersten Ergebnisse aber mehr als vielsprechend sind.

Kein Risiko der Abstoßung

Das Bioprinting stellt auch eine Lösung für ein anderes großes Problem der Transplantationsmedizin dar – das Risiko einer Abstoßung des fremden Organs kann auf null reduziert werden. Durch die Anwendung körpereigener Stammzellen bestehen die Organe aus dem 3D-Drucker aus nicht körperfremden Gewebe, ganz so als würde es sich um das eigene Herz oder die eigene Niere handeln. Auf lange Sicht schädigende Immunsuppressiva, die die Abwehrkräfte unterdrücken, hätten somit ausgedient. Auch für Patienten mit Leukämie ergibt sich hierdurch ein Lichtblick, denn letztlich könnte auch Knochenmark auf diese Weise gedruckt werden. Doch so schön die neue Wunderwelt des medizinischen 3D-Drucks auch klingen mag, noch gibt es für die Forscher einige Hindernisse aus dem Weg zu räumen. Doch gerade in einem entscheidenden Punkt gelang einem Wissenschaftlerteam nun ein Durchbruch.

Stabiler Druck

Bisher waren es gerade feste Strukturen wie Knochen, die im Bioprinting ein massives Problem darstellten. Die heute verwendeten Hydrogele, welche als Zellträger zum Einsatz kommen, weisen nicht annähernd die benötigte Stabilität auf, um solche hochfesten und dennoch flexiblen Strukturen zu drucken. Einem Team an der Queensland University of Technologie gelang aber nun ein Durchbruch. In Zukunft wollen sie einen Trick der Natur verwenden, um Hydrogele für den Druck haltbarer zu machen. Hierzu sollen Fasern zum Einsatz kommen, wie sie die Evolution für die Stabilisierung verschiedenster organischer Strukturen verwendet. Das Ganze nennt sich „Melt Elektrospinning Writing”, wobei dem Hydrogel Microfaserstrukturen hinzugefügt werden. Hierdurch wird das Material um bis 54 Mal stärker, als das bisher der Fall war. Somit ließen sich nun auch feste Strukturen wie Knochen und Organe drucken, die unbedingt eine festgelegte, haltbare Zellstruktur benötigen.

Drucken gegen Krankheiten

Auch viele andere, heute noch als unheilbar geltende Krankheiten wie etwa Arthrose, könnten durch das Bioprinting bald der Vergangenheit angehören. In dem Zusammenhang ließe sich zum Beispiel entsprechende Knorpelmasse herstellen. Auch ein Pflaster für das Gehirn ist bereits in der Entwicklung, mit dem viele Verletzungen an diesem empfindlichen und komplexen Organ wesentlich effektiver behandelt werden könnten.

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