Dass Medizin auch ein Bereich hochentwickelter Technik ist und damit ständigem Fortschritt ausgesetzt ist, ist grundsätzlich bekannt. Doch mit der Entwicklung des Bioprinting könnte sich eine Revolution in diesem Sektor und in der kompletten Gesundheitsversorgung anbahnen, die Organ- und Gewebetransplantationen in neue Bahnen bringt.
Bioprinting einfach erklärt
Bioprinting ist im Wesentlichen einfach eine Sonderform des 3D-Druckes. Jedoch ist das verwendete Material nicht fest, sondern besteht aus speziell gezüchteten Zellen. Gesteuert wird ein Bioprinter jedoch genau wie ein traditioneller 3D-Drucker, nämlich von einem Computer aus. Damit wird es möglich, Gewebe oder ganze Strukturen zu erzeugen. In naher Zukunft soll damit auch möglich sein, komplett funktionsfähige Organe zu erzeugen. Zusätzlich zum Einsatz in der Medizin denken die Forscher und Entwickler auch über eine Verwendung des Bioprinting in der Biologie nach. Denn dort könnten künstliche Lebewesen geschaffen werden. Eine weitere Option für die Verwendung ist die Lebensmittelindustrie, um Fleisch damit herzustellen. Die ersten Versuche mit dem Bioprinting beschränkten sich jedoch auf die Produktion von Körperteilen, die nur eine Stützfunktion bzw. eine eingeschränkte Funktion im menschlichen Körper aufweisen. Dennoch ist die Herstellung von Augenprothesen oder Gliedmaßen derzeit schon möglich.
Einfache Funktionsweise beim Bioprinting
Derzeit gibt es zwei gängige Praktiken, um Gewebe künstlich herzustellen. Die Unterscheidung erfolgt ähnlich wie beim Papierdrucker. Es gibt nämlich 3D-Druck nach dem Laser-Prinzip oder nach dem Tintenstrahl-Prinzip, erklärt der Druckerexperte Printer-Care. Ersteres funktioniert dadurch, dass mit dem Laserstrahl ein Dampfdruck erzeugt wird, der kleinste Tropfen eines Gels, das mit Zellen angereichert wurde, auf eine entsprechende Unterlage wirft. Dort bildet sich so im Laufe der Zeit und Tropfen für Tropfen das gewünschte Gewebe. Beim Tintenstrahl-Prinzip spritzen zwei Düsen abwechselnd eine Flüssigkeit auf die Unterlage. Während die erste Düse eine zähflüssige und rasch fest werdende Kunststoffmasse, das sogenannte Hydrogel, spritzt, kommen aus Düse zwei lebende Zellen. Diese entsprechend entweder bereits reifen Körperzellen oder aber Vorläuferzellen. So kann das Gewebe Stufe um Stufe in die Höhe wachsen.
Drei Anforderungen für den „gedruckten“ Menschen
Zur Produktion von Organen, die auch funktionsfähig sind, müssen drei Anforderungen umgesetzt werden. Zum einen benötigen sie ein entsprechendes Gerüst, um eine Form und eine innere Struktur vorzugeben. Zum zweiten müssen Zellen, die leben, direkt in das Gerüst und zwar in die unmittelbar richtigen Zellen an den richtigen Stellen eingebracht werden. Und drittens muss die Möglichkeit bestehen, dass das künstliche Organ durchblutet werden kann. Denn nur so ist gewährleistet, dass es leben und arbeiten kann. Die bis dato produzierten künstlichen Ausdrucke für Organe waren zwar von den echten nicht zu unterscheiden, haben jedoch die genannten Ansprüche noch nicht erfüllt. Damit ist klar, dass sich die Forschung noch unmittelbar in der Anfangsphase befindet. Doch auf dem Bioprinting ruhen die Hoffnungen für die Zukunft, denn auch der seriösen Wissenschaft ist klar, dass hier der nächste logische Schritt nur mehr eine Frage der Zeit ist.
In zehn bis zwanzig Jahren sollten 3D-Biodrucker die notwendige Fähigkeit haben, komplette Hautzellen und Organe zu schaffen, die auch die entsprechenden Funktionen der Haut bzw. der Organe umsetzen.
Bioprinting als Lebensretter der Zukunft
Mittels Organen und Gewebeteilen, die künstlich mit dem Bioprinting geschaffen werden, könnten in der Zukunft Organe, die lebensbedrohlich krank oder verletzt sind, einfach ersetzt werden. Immerhin haben sich Biodrucker seit ihrer ersten Modellgeneration deutlich weiterentwickelt. Nun ist es möglich, mikrovaskuläre Netzwerke zu erzeugen, die in der Folge neues Gewebe wachsen lassen können. So können zum Beispiel Bauchspeicheldrüsen, Leber und Nieren komplett neu geschaffen werden. Forscher und medizinische Experten sind überzeugt, dass diese neuen Organe eines Tages auch in der Lage sein werden, Spenderorgane zu ersetzen. Aufgrund der Tatsache, dass es sich dabei um quasi körpereigene Implantate handelt, sollte das Problem einer möglichen Organabstoßung im Körper durch das Immunsystem entsprechend gelöst sein.
Blick in die Zukunft macht Hoffnung
Klar ist, dass es hier noch umfassende Entwicklungsarbeit braucht, bis die Ergebnisse tatsächlich so gut sind, dass Organe wie Nieren oder Herzen durch künstlich geschaffene Organe tatsächlich ersetzt werden können. Sobald die 3D-Drucktechnik umfassend ausgereift ist, kann sie allerdings nicht nur das Leben der Betroffenen, die sonst Jahre lang auf einer Liste für mögliche Spender warten müssen, deutlich verbessern, sondern die komplette Medizin revolutionieren. Eine logische Folge ist damit auch die Möglichkeit, die Kosten für das Gesundheitssystem zu reduzieren und mit passgenauen Organen ein sehr präzises und rasches Arbeiten zu gewährleisten.
(Der Beitrag entstand in Zusammenarbeit mit dem externen Autor Jens Funken., 24.11.2017 – )
