Bio-Printing von Blutadern

Wissenschaftler experimentieren schon länger damit, mit modifizierten Tintenstrahldruckern lebendige Zellen zu Geweben zusammenzusetzen, um sie dann als Ersatz implantieren zu können. Dabei wird die Farbe durch ein Gel ersetzt, das die Zellen enthält. Beim Druck wird eine Schicht über die andere gelegt, sodass eine dreidimensionale Struktur entsteht. Das biologisch abbaubare Gel wird bei einer Temperatur über 20 Grad hart und dient als Stützstruktur. Wenn die Zellen die Gewebestruktur aufgebaut haben, kann es entfernt werden.

Japanische Wissenschaftler der Kanagawa Academy of Science and Technology und der Medizinischen Hochschule von Tokio haben die Technik des Bio-Printing nun zur Herstellung eines Prototyps von Blutgefäßen weiter entwickelt, wie die japanische Nachrichtenagentur Nikkei berichtet. Dabei werden Zellen und ein Gel in einer Calziumchlorid-Lösung aufbereitet, die dann um eine Röhre von bislang 3 cm Länge und einem Durchmesser von 1 mm austrocknet. Die innere Schicht des künstlichen Blutgefäßes besteht aus Endothelzellen, die äußere Schicht aus Muskelzellen. Allerdings sind die Röhren noch nicht stabil genug, um den Blutdruck auf die Gefäßwand auszuhalten. Zudem wäre auch bei Gelingen fraglich, ob und wie die "ausgedruckten" Zellgewebe überhaupt vom Körper angenommen werden und in das umgebende Gewebe einwachsen.

Wissenschaftler von der Carnegie Mellon University und the University of Pittsburg haben zur Herstellung von Muskel- oder Knochenzellengewebe ein anderes Bio-Prointing-Verfahren genutzt. Sie druckten auf ein vorbereitetes "Blatt", das mit einer Fibrin-Struktur bedeckt war, winzige Tröpfchen des Wachstumsfaktors BMP-2. Der so präparierte Träger wurde in eine Nährlösung gelegt und mit Stammzellen aus den Beinmuskeln von Mäusen umgeben. Stammzellen, die auf die Lösung mit dem Wachstumsfaktor trafen, entwickelten sich zu Knochenzellen, die übrigen zu Muskelzellen.

Wissenschaftler der Universität Tokio haben mit der Firma Bone Factory ein Verfahren entwickelt, das schon weiter fortgeschritten ist. Mit dem modifizierten 3D-Tintenstrahldrucker haben sie bereits maßgeschneiderte Knochen für die Gesichtschirurgie hergestellt und im letzten Jahr bei 10 Patienten getestet. Im Herbst sollen die Knochen-Ersatzteile bei einem Großversuch an weiteren 70 Personen getestet werden. Dabei wird über Röntgen- und CT-Bilder eine 3D-Computersimulation des Schädels hergestellt. Aufgeteilt in zahlreiche Schnitte wird ein adhäsiver Polymerfilm auf dünne Träger gedruckt, die mit alpha-TCP beschichtet sind, wodurch die "Tinte" hart wird. Schicht um Schicht kann dann die gewünschte Knochenform mit einer Genauigkeit von einem Millimeter aufgebaut werden. Noch sind die künstlichen Knochen aber nicht so stark, um Gewicht tragende Knochen ersetzen zu können, aber offenbar zehn Mal stärker als die normalerweise aus Hydroxylapatit aufgebauten künstlichen Knochen. (fr)