Schöne neue Welt: Organe aus dem Drucker

Auch wenn der erst vor wenigen Wochen vorgestellte Kunststoffschlauch alles andere als spektakulär aussieht, dahinter steckt eine Menge Wissen und noch viel mehr Hightech. Neben der Anpassung der Technik an ein biologisches Hydrogel war auch hier die Tinte die eigentliche Herausforderung. Das Endprodukt musste elastisch und flexibel sein und gleichzeitig einem relativ hohen Druck standhalten. Doch das ist längst nicht alles, damit das Blut reibungsfrei fließen kann und nicht an den Wänden kleben bleibt, benötigen die Gefäße – wie ihre natürlichen Pendants – eine Auskleidung mit Endothelzellen.

Blutgefäßschlauch aus dem 3D Drucker

Blutgefäße aus dem Drucker stellte auch das Fraunhofer-Institut im Programm BioRap her. Copyright: Fraunhofer Institut

Dazu integrierten die Forscher Ankerproteine und Heparin in die Tinte, diese wurden während des Drucks in die Wände der Gefäße eingebaut und ermöglichten die nachträgliche Besiedelung mit Endothelzellen. Auch wenn ein Kunststoffschlauch noch lange kein Gefäß ist, durch die als Biofunktionalisierung bezeichnete Oberflächenmodifikation kommt er einem solchen schon relativ nahe. Die Methode steht zwar noch ganz am Anfang, Projektleiter Günter Tovar ist dennoch zuversichtlich, in einer nicht allzu fernen Zukunft künstlich erzeugte Organe mittels synthetischer Blutgefäße an den Kreislauf eines Menschen anbinden zu können.

Lizenz zum Organdrucken

Einen ganz anderen Ansatz verfolgt der U.S. Forscher Gabor Forgacs der an der Universität Missouri eine einzigartige Methode entwickelte. Seine patentierte 3D-Drucktechnik, die adulte Stammzellen nutzt und auf die Fähigkeit lebender Gewebe zur Selbstorganisation setzt, nennt er Bioprinting. Seit ihm 2008 der „Proof of Principle“ gelang, ist Forgacs überzeugt die Lizenz zum Organdrucken in Händen zu halten. Zuerst sorgt er mit speziellen Medien für die Differenzierung der Stammzellen in die gewünschten Zellen.

Novogen, 3D Drucker für lebendes Gewebe von Organovo

Novogen, der 3D Drucker von Organovo kann Einzelzellen zu Geweben drucken. Copyright: Organovo

Danach druckt er eine Art Biopapier, ein optimiertes Hydrogel ähnlich der extrazellulären Matrix. Anschließend platziert ein zweiter Druckkopf sehr speziell behandelte multizelluläre Aggregate von definierter Zellmenge in das Biopapier. So entsteht Schicht um Schicht funktionstüchtiges dreidimensionales Gewebe. Ein CAD-Template gibt dabei in etwa die Topologie der gewünschten 3D-Struktur vor, den Rest erledigt die Natur. Im Falle der Blutgefäße wandern die Endothelzellen auf die Innenseite, die glatten Muskelzellen nehmen ihren Platz in der Mitte ein und die Fibroblasten legen sich schützend an die Außenseite.

Zum Schluss fusionieren die einzelnen Schichten zu einem Blutgefäß, während das Biopapier degardiert. Was wie Zauberei klingt, führt Forgacs darauf zurück, dass sich die gedruckten Zellaggregate bereits wie kleine Gewebeteile verhalten. Die Zellen innerhalb der Aggregate befinden sich in einem physiologischeren Zustand als gedruckte Einzelzellen. Über Zell-Zell-Kontakte stehen sie in direktem Kontakt mit ihren Nachbarn und tauschen wichtige Signale aus. Wenn es nach Forgacs geht, sollen diese Signale und die Gesetze der Thermodynamik schon bald die Selbstorganisation ganzer Organe ermöglichen.

Ein interessantes US-Unternehmen, das im 3D-Druck Gewebe und Organe herstellen will, stellen wir euch hier vor.

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