Eine Technologie für die Zukunft: Tissue Engineering

Dass ein 3D-Drucker alle möglichen Werkstücke und Zwischenprodukte für die Herstellung ausspuckt, ist hinlänglich bekannt. Mittlerweile ist die Forschung aber so weit, dass sich sogar menschliches Gewebe und einzelne Organe mit der Technologie nachempfinden lassen. Tissue Engineering (Gewebezüchtung) lautet das Schlagwort in diesem Zusammenhang.

Zugegeben, das klingt alles ein wenig nach Science Fiction. Doch bei näherer Betrachtung kann auch der Mittelstand bei diesem Zukunftsthema mitmischen. Und zwar schon heute: Als Hersteller von Materialien, Technologie-Lieferant oder Innovationspartner bei Forschungsprojekten. Grundsätzlich gilt: Wer die Anwendungsfelder von Tissue Engineering versteht und früh genug erkennt, kann auch früh davon profitieren.

Ein Ohr aus dem 3D-Drucker

US-amerikanische Wissenschaftler haben es geschafft, ein Ohr aus echtem Gewebe herzustellen. Die Forscher vom Weill Cornell Medical College in New York fertigten dazu als erstes einen Laserscan eines menschlichen Ohrs an. Im nächsten Schritt produzierte ein 3D-Drucker aus den gewonnen Daten eine Ohrform aus Kunststoff. Diese wurde dann mit Strukturproteinen (Kollagen) und Knorpelzellen angereichert. Den Forschern gelang es dadurch, ein künstliches Ohr zu schaffen, das auch über einen langen Zeitraum seine Form behält und dessen Zellen dauerhaft überleben.

Bisher wurden die künstlichen Ohren aus dem 3D-Drucker nur bei Ratten eingepflanzt. Aber schon bald sollen sie auch bei Kindern zum Einsatz kommen, die unter entsprechenden Fehlbildungen leiden. Dabei wird das "instabile" Ohr bei einem chirurgischen Eingriff entfernt und das künstliche unter einem Hautlappen eingefügt. Auch für Menschen, die ohne jede Ohrmuschel zur Welt gekommen sind, ist dieses Verfahren zukünftig denkbar.

Mini-Leber aus dem 3D-Drucker

Während die Herstellung eines künstlichen Ohrs noch relativ einfach ist, wird es beim Tissue Engineering von Organen wie Herz, Niere oder Leber schon etwas komplexer. Die Herausforderung: Diese Organe bestehen aus unterschiedlichen Zelltypen. Werden die Blutgefäße im 3D-Druck nicht richtig angesiedelt, dann sterben die Zellen wieder ab.

Genau das will Organovo verhindern. Wie die Pharmazeutische Zeitung berichtete, gelang es dem Unternehmen aus San Diego bereits, eine Leber im Miniaturformat herzustellen; sie hatte einen Durchmesser von nur vier Millimetern. Dabei griffen die Forscher auf Stammzellen und Zellen aus der menschlichen Leber zurück. Ein 3D-Drucker "stapelt" die Zellen Schicht für Schicht aufeinander, wodurch sie sich zu einem funktionierenden Gewebe verbinden.

Noch kann die Leber allerdings nicht bei einem Patienten transplantiert werden. Der Grund: Sie erfüllt zwar alle wichtigen Aufgaben, stirbt aber nach 40 Tagen ab. Nichtsdestotrotz machen die Forschungsfortschritte Mut. Tissue Engineering könnten die bisherige Organspende überflüssig machen und Patienten weltweit mit dringend benötigten Organen versorgen.

Knochen aus dem 3D-Drucker

Wenn Patienten mit Knochenschäden ins Krankenhaus eingeliefert werden, dann werden ihnen wohl schon bald Knochen nach Maß übertragen. Dies ist zum Beispiel für Unfallopfer, die eine schnelle Behandlung brauchen, überaus wichtig.  Der große Vorteil von 3D-Druck gegenüber bisherigen Verfahren: Es müssen keine Knochen aus anderen Körperregionen oder von fremden Spendern transplantiert werden. Außerdem stammen die Zellen aus dem eigenen Körper. Dadurch kommt es zu keiner Abstoßungsreaktion und das Immunsystem muss nicht mit Medikamenten behandelt werden .

Das Unternehmen Next 21 aus dem japanischen Osaka hat sich auf Knochen aus dem 3D-Drucker spezialisiert. Dabei ermitteln Wissenschaftler zunächst mit dem Computertomografen die Größe und Form des gewünschten Knochens. Anschließend fertigt der 3D-Drucker Schicht für Schicht das künstliche Gebein mit einer Genauigkeit von 0,1 Millimetern an. Zum Einsatz kommen dabei Calciumphosphatpulver und eine härtende Flüssigkeit.

Noch ist dieses Verfahren für Deutschlands Operationssäle Zukunftsmusik. Doch die Forschung in der Biomedizin schreitet unaufhaltsam voran. Das bedeutet zweierlei: Bessere Heilungsprozesse für Patienten und neue Marktmöglichkeiten für Unternehmer.

Weiterführende Links:

  • An der Uni Würzburg gibt es einen eigenen Studiengang zum Thema Tissue Engineering.
  • Ist führend in den Forschungsfeldern Biomedizin & Tissue Engineering: Das US-Unternehmen Organovo.