Hundertausende Patienten sind
zurzeit auf Transplantationslisten
und warten auf lebenswichtige Organe,
wie Nieren, Herzen und Lebern,
die lebensrettend sein könnten.
Leider gibt es nicht annähernd
genügend Spenderorgane,
um die Nachfrage zu bedienen.
Was wäre, wenn wir
anstatt warten zu müssen,
ganz neue, maßgeschneiderte Organe
aus dem Nichts herstellen können?
Diese Idee, verbirgt sich
hinter dem "Biodruck".
ein Gebiet in der regenerativen Medizin,
das sich momentan weiterentickelt.
Wir können zwar noch keine
komplexen Organe drucken,
aber einfachere Gewebe,
wie Adern und andere Gefäße,
die für den Austausch von Nähr-
und Abfallstoffen von Bedeutung sind,
sind bereits in unserer Reichweite.
Der Biodruck ist ein biologischer
Verwandter des 3-D Drucks;
einer Methode bei der Materialien in
Schichten aufeinander aufgetragen werden,
um ein dreidimensionales Objekt
Schicht-für-Schicht herzustellen.
Anstatt von Metall, Plastik oder Keramik
verwendet ein 3-D Drucker
für Organe Bio-Tinte:
ein druckbares Material,
das aus lebenden Zellen besteht.
Zumeist bestehen Bio-Tinten aus wasser-
reichen Molekülen, genannt Hydrogel.
In dieses sind Millionen
lebender Zellen gemischt,
zusammen mit anderen, wachstums- und
zellkommunikationsfördernden Chemikalien.
Einige Bio-Tinten enthalten
nur eine einzige Zellart
andere enthalten mehrere Zellarten,
um komplexe Strukturen zu formen.
Stell dir vor, du willst einen
Meniskus drucken;
ein Stück Knorpel für das Knie,
das das Aneinenderreiben von Schienbein
und Oberschenkelknochen verhindert.
Der Meniskus besteht aus Chondrozyten,
eine Zellart, die ausreichend
in der Bio-Tinte vorhanden sein muss.
Die Zellen können gespendet werden und
werden anschließend im Labor reproduziert.
Sie können aber auch vom
Gewebe des Patienten stammen;
um einen individuellen Meniskus mit
einem geringeren Abstoßrisiko herzustellen
Es gibt verschiedene Drucktechniken,
mit der Extrusionstechnik als am
häufigsten verwendete Biodrucktechnik.
Bei dieser Technik wird eine Druckkammer
mit Bio-Tinte beladen,
die durch eine am Druckkopf befestigte
runde Düse gepresst wird.
Die Düse hat selten einen Durchmesser
von mehr als 400 µm
und erzeugt ein kontinuierliches Filament,
von einer ungefähren Dicke
eines menschlichen Fingernagels.
Ein Computerbild oder eine Computerdatei
kontrolliert die Anordnung der Filamente
entweder auf einer ebenen Oberfläche
oder in einer Flüssigkeit,
die die Struktur erhält,
bis sie sich stabilisiert.
Diese Drucker sind effizient und stellen
einen Meniskus innerhalb von 30 min her;
mit einem Filament nach dem anderen.
Nach dem Drucken verhärten
einige Bio-Tinten sofort;
andere benötigen UV-Licht oder zusätzliche
chemikalische oder physikalische Prozesse,
um die Struktur zu stabilisieren.
Wenn der Biodruck erfolgreich ist,
beginnen sich die Zellen im
künstlich hergestellten Gewebe,
genauso zu verhalten,
wie in einem echten Gewebe:
Sie kommunizieren miteinander,
tauschen Nährstoffe aus und teilen sich.
Wir können bereits einfache
Strukturen wie Menisken drucken.
Es wurden auch bereits biogedruckte
Blasen erfolgreich implantiert,
und gedrucktes Gewebe unterstützte
die Heilung von Gesichtsnerven in Ratten.
Wissenschaftler haben Lungengewebe,
Haut und Knorpel hergestellt
sowie verkleinerte, teil-funktionsfähige
Modelle von Nieren, Lebern und Herzen.
Trotzdem bleibt die Nachahmung der
komplexen biochemischen Umgebungen
der Hauptorgane eine Herausforderung.
Die Extrusionstechnik kann einen Anteil
an Zellen in der Bio-Tinte zerstören,
falls die Düse zu klein
oder der Druck zu hoch ist.
Eine der gewaltigsten
Herausforderungen ist es,
alle Zellen in einem lebensgroßen Organ
mit Sauerstoff und
Nährstoffen zu versorgen.
Daher sind bis jetzt flache oder
hohle Strukturen am erfolgreichsten —
und deshalb beschäftigen sich
Wissenschaftler jetzt damit,
wie Blutgefäße in die biogedruckten
Strukturen eingebettet werden können.
Der Biodruck hat ein gewaltiges Potential,
das Leben retten kann
und uns hilft zu verstehen,
wie die Organe überhaupt funktionieren.
Die Technologie eröffnet auch
andere ungeahnte Möglichkeiten,
wie den Biodruck von Geweben
mit integrierter Elektronik.
Könnten wir eines Tages Organe herstellen,
die den menschlichen
Fähigkeiten überliegen
oder unsere Fähigkeiten verbessern,
wie z.B. nicht brennbare Haut?
Wie lange wird menschliches Leben
verlängert werden können
mit gedruckten und erneuerten Organen?
Wer -- und was genau -- wird Zugriff
auf diese Technologie
und ihre unfassbare Leistung haben?