Medizinischer 3D-Druck aus Zellen
Forscher können bald menschliche Organe drucken
Viele kranke Menschen können nur durch ein Spenderorgan gerettet werden. Allerdings sind die Wartelisten häufig lang und die Bereitschaft zur Spende in der Bevölkerung keine Selbstverständlichkeit. Nun gelang Forschern ein neuer Durchbruch, der die Hoffnung nährt, dass in der Zukunft alle Betroffenen zeitnah ein künstliches Spenderorgan erhalten.
So gelang es Wissenschaftlern in den USA erstmals ein künstliches Herz zu erschaffen, das dennoch aus menschlichem Biomaterial, also Bindegewebe und menschlichen Zellen, besteht. Dieses kleine Modellherz glich zudem nicht nur dem Aufbau des menschlichen Herzens, sondern war auch voll funktional, verfügte also über schlagende Herzklappen. Damit unterscheidet sich diese Technologie deutlich von bisherigen künstlichen Organen, bei denen es sich um synthetische Fremdkörper im menschlichen Körper handelt, die weder adäquat dessen Funktion übernehmen können noch verlässlich ohne Abstoßungsreaktion angenommen werden. Bahnbrechend scheint zudem die Tatsache, dass dieses Verfahren auf der Technik des 3D-Drucks beruht. So beschreibt Adam Feinberg, Mitarbeiter der Universität in Pittsburgh und Leiter des Projekts, dass MRT-Daten als Grundlage dienen können, um anschließend die benötigten Strukturen anatomisch korrekt zu drucken. Jedoch räumt Feinberg auch ein, dass sie sich mit ihrer Arbeit noch am Anfang befinden.
Die Forscher aus Pittsburgh sahen sich zu Beginn mit dem Problem konfrontiert, dass sich Kollagen eigentlich nicht für das Verfahren des 3D-Drucks eignet. So weist Kollagen beim Druck nicht genügend Stabilität auf, um wirklich geformt werden zu können. Stattdessen zerfällt das Material in einen flüssigen und unbrauchbaren Zustand. Gleichzeitig handelt es sich bei Kollagen um den Grundbaustoff des menschlichen Körpers, ohne den keine Erschaffung wirklicher künstlicher menschlicher Organe möglich ist.
Mit diesem Problem konfrontiert entwickelten die Forscher schließlich das so genannte FRESH-Verfahren, bei dem der Druck des Kollagens innerhalb einer Gelschicht erfolgt. Letztere stützt die anfänglich instabile Struktur solange, bis der Druck abgeschlossen ist. Anschließend kann das Gel leicht durch ein Erhitzen abgeschmolzen und damit beseitigt werden, was das Kollagen in seiner gewünschten Form zurücklässt.
Während erste Versuche mit dem FRESH-Verfahren noch relativ ungenau waren, konnten inzwischen beachtliche Fortschritte in Sachen Präzision und Funktionalität erzielt werden. Die Auflösung erreicht inzwischen eine Genauigkeit von einem Tausendstel Millimeter und es wurden bereits unterschiedliche Zelltypen erfolgreich in das Kollagen eingebettet. Im Falle des anfänglich erwähnten künstlichen Herzens konnten etwa Hermuskelzellen und Fibroblasten in die Kollagenstruktur integriert werden. Die Herzmuskelzellen konnten wiederum aus embryonalen Stammzellen gewonnen werden, was zeigt, wie flexibel dieses Verfahren scheint.
Doch trotz all dieser Durchbrüche stehen die Forscher hier noch am Anfang. So waren bisherige Organmodelle noch deutlich kleiner als menschliche Organe und erreichten noch nicht annähernd eine vergleichbare Verlässlichkeit. Als limitierend gelten bisher noch die unzureichende Auflösung des Drucks, ungeklärte rechtliche Fragen, mangelnde Erfahrungswerte sowie die Problematik, dass Organe in menschlicher Größe aus vielen Milliarden Zellen bestehen. Entsprechend dämpft auch Feinberg in seinen Aussagen die Erwartungen und weist doch darauf hin, dass der erste Schritt getan ist.
Wie viele Jahre noch vergehen werden, bis tatsächlich die ersten gedruckten Spenderorgane verpflanzt werden können, lässt sich derzeit noch nicht abschätzen. Die aktuellen Entwicklungen lassen aber hoffen, dass bald nicht mehr weltweit tausende Menschen auf ein Spenderorgan warten müssen.
