Roboter-Drucker druckt lebende Zellen auf Organe

Ein Forschungsteam der University of South Wales (UNSW) hat im australischen Sydney einen kleinen, anpassungsfähigen weichen Roboterarm entwickelt, der Biomaterial in mehreren Schichten direkt auf innere Organe und Gewebe drucken kann. Das F3DB genannte 3D-Biodruckgerät lässt sich minimalinvasiv einsetzen.

"Bestehende 3D-Bioprinting-Techniken erfordern, dass Biomaterialien außerhalb des Körpers hergestellt werden, und die Implantation in eine Person würde in der Regel eine große Operation mit offenem Körper erfordern, die das Infektionsrisiko erhöht", erklärt Dr. Thanh Nho Do, Hauptautor der Studie an der UNSW. Daher habe man nach einer Möglichkeit gesucht, Zellen direkt an Organen im Inneren des Menschen aufbringen zu können, um diese Risiken zu minimieren.

Herausgekommen ist dabei ein flexibler 3D-Biodrucker, den die Forschenden in dem in Advanced Science veröffentlichten wissenschaftlichen Paper "Advanced Soft Robotic System for In Situ 3D Bioprinting and Endoscopic Surgery" beschreiben.

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Auf einem weichen Roboterarm ist ein dreiachsiger Druckkopf angebracht. Er funktioniert ähnlich wie ein Desktop-3D-Drucker. Mit dem Unterschied, dass er mit Biotinte oder Polymeren druckt, die zur Herstellung von künstlichem Gewebe verwendet werden. Der hydraulische Roboterarm kann 3-dimensional verbogen und gedreht werden. Seine Steifigkeit lässt sich über verschiedene elastische Gewebe und Schlauchtypen genau auf den gewünschten Einsatzzweck anpassen. Aufgrund der geringen Größe und seiner Flexibilität kann der F3DB wie ein Endoskop in den Körper eingeführt werden, sodass nur kleine Schnitte benötigt werden. Der Druck erfolgt manuell oder automatisch mit vorprogrammierten Formen.

Zellvermehrung

Den 3D-Bioprinter probierten die Forscher aus, indem sie Bindegewebszellen im Inneren eines künstlichen Dickdarms und auf der Oberfläche einer Schweineniere ausdruckten. Die Zellen blieben während des gesamten Druckvorgangs intakt. Danach wuchsen sie weiter. Nach einer Woche verzeichneten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler eine Zellvermehrung um das Vierfache.

Do und sein Team haben mittlerweile ein vorläufiges Patent auf das F3DB erhalten. Nun arbeiten sie daran, den Bioprinter in vivo an lebenden Tieren zu testen. Außerdem wollen sie den Roboter mit weiteren Funktionen ausstatten, wie etwa einer Kamera und einem Scanner, mit dem die Bedienenden Gewebe in Echtzeit rekonstruieren können. Ein paar zusätzliche Funktionalitäten hat der Roboter schon jetzt: Er kann bereits Schnitte anbringen und Bereiche mit Wasser spülen, um so etwa Blut zu entfernen.

Das Ziel der Wissenschaftler ist es, das Gerät als All-in-one-Gerät für Endoskopien zu etablieren, um minimalinvasive Operationen durchzuführen.

(olb)