Spannend und enorm viel Potential: Bioprinting wächst erst allmählich aus seinen Kinderschuhen. Hier erhältst du einen kleinen Vorgeschmack zu dem derzeit Möglichen.
Der 3D Druck im Medizinischen Bereich ist ein spannendes Forschungsfeld und eröffnet ungeahnte Möglichkeiten. Mittlerweile lassen sich aber nicht mehr nur Zahnersatz oder künstliche Hüftgelenke drucken.
Einer meiner besten Freunde leidet unter einem sehr schwachen Herzen. Wir kennen uns seit der Jugend. Plötzlich brach er zusammen, kam für lange Zeit ins Krankenhaus und führt seitdem ein völlig anderes Leben. Es geht ihm nicht gut, aber er verliert nie seine Lebensfreude. Das ist SEINE Stärke. Mir dagegen bricht es fast das Herz, einen damals so gesunden Menschen heute körperlich so schwach zu sehen. Seine Freundin blieb immer an seiner Seite. Sie haben geheiratet und einen hübschen Jungen bekommen. Umsomehr wartet er bis heute auf ein Spenderherz.
In Deutschland herrscht ein hoher Mangel an Spenderorganen, weshalb die Idee naheliegt, Organe aus körpereigenen Zellen oder Geweben zu drucken. Aber dafür braucht es mehr als nur einen 3D Drucker.
Stand der Technik
Das Drucken von Knorpeln oder anderem biologischen Stützgewebe war 2016 bereits Stand der Technik. Die Kombination mit lebenden Geweben funktionierte, Schwierigkeiten brachten noch Gewebe, die bestimmte Funktionen erfüllen sollten.
2017 gelang es Monica M. Laronda und Alexandra L. Rutz von der Northwestern University Chicago (Illinois) in den USA, zeugungsunfähigen Mäusen künstliche Eierstöcke aus dem 3D Drucker einzusetzen. Die Körperzellen der Mäuse besiedelten die künstlichen Eierstöcke, bildeten Blutgefäße aus und setzten die natürliche Hormonproduktion in Gang. Die Mäuse brachten eigene Nachkommen zur Welt. Ein Lichtblick für Frauen, die zum Beispiel durch eine Krebserkrankung unfruchtbar geworden sind.
Der Durchbruch in München
Wie konnte man funktionsfähiges Gewebe herstellen, das körpereigene Aufgaben erfüllt? Wie bringt man ein Herz zum Schlagen?
Studenten und Wissenschaftler der Technischen Universität (TUM), der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) und des Helmholtz Zentrums in München nahmen sich dem Problem an und belegten 2016 den ersten Platz des internationalen Genetically Engineered Machine (iGEM) Wettbewerbs auf dem Gebiet der Synthetischen Biologie. Das Team bestand aus Experten aus den Bereichen der Synthetischen Biologie, Molekularen Biotechnologie, aus dem Protein-Design und den Ingenieurwissenschaften.
Sie entwickelten die Bio-Tinte biotINK und den sogenannten Gewebedrucker. Die Zellen wurden nun nicht mehr auf Stützgewebe gedruckt, sondern konnten sich mit Hilfe der biologischen Komponenten Biotin und Streptavidin selbst stützen. Der Ultimaker 3D Drucker wurde mit einer Syringe-Pumpe versehen und die Software ein wenig angepasst. Status: Bioprinting works.
Es wird weltweit geforscht. Weitere Erfolgsgeschichten lassen sich in vielen Bereichen finden.
Menschliche Haut
2017 haben Wissenschaftler um Nieves Cubo von der Complutense Universität in Madrid ein Verfahren veröffentlicht, wie menschliche Haut biotechnologisch nachgebildet und automatisiert hergestellt werden kann. Sie basiert auf menschlichem Plasma und wurde in Spanien erfolgreich bei der Behandlung von Verbrennungen eingesetzt.
Der Patient bekommt sozusagen eigene Haut transplantiert. Die Schwierigkeit dabei ist, die biologischen Komponenten zu mischen und zusammenzufügen. Der Gewebedrucker schichtet nacheinander zuerst die Epidermis (äußere Hautschicht mit Hornhaut), dann die Dermis (Lederhaut) und zum Schluss die Fibroblasten, die der Kollagenproduktion dienen. Kollagen sorgt für die Festigkeit und Elastizität der Haut.
Das Herz
2019 ist es Professor Tal Dvir und seinem Team von der Universität Tel Aviv in Israel gelungen, ein vollständiges menschliches Herz mit allen Gewebearten und Blutgefäßen zu drucken. Auch er nutzt die biotInk-Technologie. Die Zellen können schon kontrahieren, aber sie können noch nicht zusammenarbeiten, d.h. das Pumpen ist noch nicht möglich. Ein unglaublicher Vorteil ist die Biokompatibilität. Das Herz könnte komplett aus menschlichem Gewebe hergestellt werden, wodurch das Risiko der Abstoßung minimiert würde.
Gut zu wissen… Wenn du dich tiefer mit dem Thema beschäftigen möchtest, empfehle ich dir folgende Möglichkeiten.
Mentorship Programm der iGEM Foundation
Die iGEM Foundation bietet Studenten und Forschergruppen aus dem biotechnologischen Bereich ein Mentorship Programm an. Informationen dazu findest du auf der Homepage der iGEM. Die Deadline für die Registrierung in einem Team war bereits der 30. April. Du kannst jedoch jedes Jahr teilnehmen.
Der iGEM Wettbewerb in München
Über die iGEM Munich hast du auch die Möglichkeit, dein Projekt in Boston vorzustellen. Hier kannst du mehr dazu erfahren.
Mein Fazit
Bioprinting ist ein unglaublich interessantes Forschungsfeld, das noch viele Möglichkeiten offenhält. Wenn es dich interessiert, dann schließe dich mit anderen Studenten zusammen und stell DEIN Projekt auf die Beine. Forschergruppen, bestehend aus Studenten und Wissenschaftlern, helfen und können Lebensqualität verbessern oder sogar das Leben von Patienten retten. Mach mit, bring dich ein. Die Entwicklung von Bioprinting lebt vom Input unterschiedlichster Wissenschaften.
Was kannst du beitragen? Ich freue mich über dein Feedback und deine Ideen.