Medizin-Hack: Arterien in 3D drucken auf dem MakerBot

Herkömmliche Bioprinter sind teure Spezialgeräte – Forscher des College of Engineering an der Carnegie Mellon University bauten deshalb kurzerhand ihren Plastik-3D-Drucker der Einsteigerklasse um.

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Bioprinting

(Bild: engineering.cmu.edu)

Lesezeit: 3 Min.
Von
  • Peter König

Forschung macht erfinderisch: Eine Gruppe um den Pittsburgher Professor Adam W. Feinberg hat ein Stück Herzarterie aus Biomaterial nach Vorlage eines MRT-3D-Scans in 3D gedruckt, und zwar auf einem modifizierten 3D-Drucker des US-Herstellers MakerBot. Die Idee dahinter: Mit geeigneten 3D-Druck-Verfahren könnten eines Tages buchstäblich maßgeschneiderte Ersatzteile aus lebenden Zellen für Patienten mit geschädigtem Herzgewebe erzeugt und anschließend eingepflanzt werden. Damit könnte auch manchen von jenen geholfen werden, die heutzutage auf eine Transplantation und damit ein Spenderherz angewiesen sind.

3D-Druck

Der Sammelbegriff 3D-Druck steht heute für ein ganzes Bündel von Fertigungstechniken, die nach unterschiedlichen Prinzipien funktionieren und sich jeweils nur für ganz bestimmte Materialien eignen. Ihr gemeinsamer Nenner: Alle Verfahren bauen dreidimensionale Objekte, indem sie Material in dünnen Schichten auftragen und verfestigen.

Um dieses Einsteigermodell vom Schmelzschichtverfahren (FDM) mit thermoplastischem Kunststoff auf den Druck von gel-artigem Material wie Kollagen, dem Zellwand-Material Algin oder Fibrin umzurüsten, tauschten die Forscher den Druckkopf gegen eine senkrecht angeordnete Spritze aus. Diese platziert das Bio-Material in winzigen Portionen in einer Petrischale voller Hydrogel. Jenes dient als Stützmaterial – denn wo beim Plastikdruck in dünnen Schichten übereinander das schnell erkaltende und damit aushärtende Druckmaterial selbst in der Lage ist, die einmal gegebene Form beizubehalten, muss das weiche und weich bleibende Biomaterial aktiv in der gewünschten Form gehalten werden, sonst sackt das Werkstück unter seinem eigenen Gewicht zusammen.

Die Wissenschaftler nennen ihr Verfahren FRESH – für "Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels". Der Druck erfolgt in kühler Umgebung; wird anschließend das Hydrogel erwärmt, verflüssigt es sich, sodass man es vom fertigen Werkstück abgießen kann. Dazu ist lediglich Körpertemperatur nötig, sodass die Zellen des 3D-Biodrucks keinen Schaden nehmen. Das Verfahren, ein weiches Material in ein später auswaschbares Stützgel gleicher Dichte zu drucken, könnte auch in anderen 3D-Druck-Szenarien nützlich sein – das Werkstück während der additiven Fertigung geeignet zu stützen und die Stützstrukturen anschließend möglichst effizient und ohne Schäden für den eigentlichen Druck zu entfernen, ist innerhalb der Disziplin des 3D-Drucks eine Wissenschaft für sich. Die Forscher aus Pittsburgh verwenden nach eigenen Angaben Open-Source-Software wie Meshlab und hoffen dadurch auf einen lebhaften Austausch in der Community über geeignete Parameter für den 3D-Biodruck.

(pek)