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Mit 3-D-Druck lassen sich heute sehr komplexe Modelle designen und herstellen. Die 3D-Drucktechnologie kommt bereits in verschiedenen Bereichen zum Einsatz, darunter auch in der Medizintechnik. Ein großes Ziel von Forschung und Wissenschaft ist es, funktionsfähige Organe mit Hilfe des sogenannten Bioprinting herzustellen. Doch welche Voraussetzungen gibt es für gedruckte Organe und vor welchen Herausforderungen stehen Forscher und Wissenschaftler?
Langes Warten auf Spenderorgane
Der weltweite Bedarf an Spenderorganen ist groß. Allein in Deutschland warten jährlich über zehntausend Menschen auf eine Organspende. Laut der Bundeszentrale für gesundheitliche Aufklärung gab es 2019 nur für 932 dieser Personen ein neues Organ.
Seit 2018 steigt die Zahl der gespendeten Organe im Vergleich zu den Vorjahren zwar leicht an, aber auch die Wartelisten werden länger. Falls es in Zukunft nicht mehr verfügbare Organe gibt, werden Patienten noch länger auf eine Spende warten. Eine Lösung für dieses Problem könnten künstliche Organe sein, hergestellt mit 3-D-Druck-Technik.
Bioprinting: 3-D-Druck für menschliche Zellen
Das 3-D-Druckverfahren, mit dem menschliches Gewebe hergestellt wird, heißt Bioprinting. Anders als beim herkömmlichen 3-D-Druck mit Kunststoff, arbeitet ein Bioprinter mit gewebeartigem Material. Dieser trägt gezüchtete Zellen schichtweise auf, bis eine Gewebestruktur entsteht.
In naher Zukunft wollen Wissenschaftler mit diesem Verfahren sogar funktionsfähige Organe herstellen, die aus Zellen des Empfängers bestehen. Nicht jedes Organ lässt sich allerdings gleich gut drucken. Niere und Leber haben im Vergleich zum Herz eine sehr komplexe Struktur, wodurch sich auch der Druck schwieriger gestaltet.
Voraussetzungen für Organe aus dem 3-D-Drucker
Stabilität und die Detailgenauigkeit sind nur zwei von vielen ungelösten Problemen des Bioprinting. Das Problem beim 3-D-Druck von großen Organen ist, dass sie nach wenigen Schichten in sich zusammenfallen. Wird die Stabilität erhöht, kommt es wiederum zu Schwierigkeiten beim Anwachsen der künstlichen Organe: Menschliche Zellen können sich durch die erhöhte Festigkeit nur schwer vermehren.
Detailgenauigkeit ist aktuell eine der größten Hürden für Wissenschaftler. Mit Bioprinting gelingen inzwischen sehr genaue Modelle. Für den Einsatz beim Menschen ist jedoch die Funktionalität des Organs ausschlaggebend.
Im April gelang Professor Tal Dvir an der Universität Tel Aviv und seinem Forscherteam ein wichtiger Schritt: Sie druckten ein Herz, das die immunologischen, zellulären und anatomischen Eigenschaften eines menschlichen Herzens aufwies. Das Modell war zwar um ein Vielfaches kleiner als ein menschliches Herz, aber es funktionierte wie ein menschliches Herz.
Bioprinting hat Potential
Bioprinting wäre die Lösung für gleich mehrere Probleme. Menschen, die jahrelang auf eine Organspende warten, könnten schneller versorgt werden. Zudem reduzieren sich Abstoßreaktionen des Körpers, die bei Transplantation häufig auftreten. Dadurch müssen Betroffene nach einer Organtransplantation lebenslang Medikamente nehmen, um diese Reaktionen zu unterdrücken. Beim Bioprinting entstehen künstliche Organe aus körpereigenen Zellen. Da der Körper diese nicht als fremde Objekte erkennt, stößt er diese in der Regel nicht ab.
Der zukünftige Einsatz von Organen aus dem 3-D-Drucker klingt vielversprechend und könnte einen riesigen Fortschritt in der Medizintechnik bringen. Schon jetzt drucken Forscher komplexes Gewebe. Professor Tal Dvir ist vom Potential des Bioprinting überzeugt: „Unsere Ergebnisse zeigen das Potenzial unseres Ansatzes für die zukünftige Entwicklung eines personalisierten Gewebe- und Organersatzes“.
