Die Produktion von lebendem Gewebe und ganzen Organen eröffnet eine neue Welt der medizinischen Möglichkeiten. Mittels 3D-Bioprinting könnte Gewebe gedruckt werden und als Ersatz für defekte Teile des Körpers dienen. Derzeit versuchen Forscher den Druck verschiedener Organe wie Haut, Niere oder Herz zu entwickeln, um sie dann zu transplantieren.
3D-Bioprinting basiert auf der Nutzung von „Bio-Tinte“. Die viskose Tinte beinhaltet Zellen, die Schicht für Schicht auf ein Fundament aufgetragen und so zu einer dreidimensionalen Struktur aufgebaut werden. Gesteuert durch Temperatur oder die Applikation von chemischen Substanzen kann die viskose Struktur am Ende verfestigt werden.
Den letzten Schritt übernimmt die Natur selbst, denn die einzelnen Zellschichten wachsen autonom zusammen. Um die optimale Bio-Tinte herzustellen wird vor allem darauf geachtet, dass die Substanz ihre Gestalt beibehält und das Zellwachstum fördert. Abgesehen davon hat aber jeder Zelltyp spezielle, individuelle Anforderungen an die Umgebung, in der er sich am besten entwickelt.
Organe im Druck
Aktuell experimentieren Forscher der Stanford Universität in Kaliforniern am Druck einer Netzhaut. Dabei ist es von enormer Wichtigkeit, dass die Axone der Neuronen in eine bestimmte Richtung wachsen, sodass sie die Netzhaut mit dem Gehirn verbinden. Mit Hilfe des 3D-Bioprintings gelang es den Forschern, dass 72 Prozent der Neuronen in die vorgegebene Richtung wuchsen. Im Vergleich dazu wuchsen Zellen, die in einer 2D Platte kultiviert wurden, nur zu 11 Prozent in die erwünschte Richtung.
Eine Gruppe der Harvard Universität in Cambridge hat hingegen den ersten Schritt in der Entwicklung eines Gefäßsystems gemacht. Für den Druck nutzten sie Silikon, um die Form vorzugeben, pluripotente Stammzellen, die das Gewebe bildeten und ein Material, das bei Raumtemperatur gelförmig war, jedoch bei Kühlung flüssig wurde. Dieses Gel diente als Platzhalter und bildete nach Entfernung die Kanäle, über die Zellen mit Nährstoffen versorgt werden können. Dieses Konstrukt war für mehrere Wochen funktionsfähig.
Ein solches Gefäßsystem ist besonders wichtig, da es die Durchblutung der Organe und somit die Bereitstellung von Nährstoffen, die für die Zellen essenziell sind, sicherstellt. Ein einsetzbares Gefäßsystem ist also erforderlich, wenn komplexe Organe gedruckt werden sollen.
Organe bestehen außerdem aus vielen verschiedenen Zelltypen, die das 3D-Printing zusätzlich erschweren. Daher nehmen Forscher an, dass Gewebe wie Knorpel zu den ersten produzierbaren Strukturen zählen werden, da sie einfach aufgebaut sind, aus wenigen Zelltypen bestehen und keine Blutversorgung benötigen.
Gut Ding will Weile haben
Trotz der Fortschritte, die bisher verzeichnet werden konnten, befindet sich die Forschung auf diesem Gebiet noch in der Anfangsphase. Es wird noch viele Jahre dauern, bis ein künstlich geschaffener Ausdruck alle Anforderungen erfüllt und als Ersatz für ein lebendes Organ genutzt werden kann.
Originalpublikation:Technology: The promise of printing Neil Savage, Nature, doi:10.1038/540S56a; 2016
Bildquelle (Außenseite): *USB*, flickr