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?