Erstes vollständiges Herz aus dem 3D-Drucker

Gedrucktes Pumporgan: Forscher haben erstmals ein vollständiges Herz mittels 3D-Druck erzeugt. Das Organ besteht komplett aus menschlichem Gewebe und verfügt über alle wichtigen Strukturen wie zum Beispiel Blutgefäße. Zwar ist das gedruckte Herz noch deutlich kleiner als das natürliche Vorbild und kann noch nicht koordiniert pumpen. Trotzdem könnte das Verfahren künftig genutzt werden, um lebensrettende Organe für herzkranke Patienten zu produzieren, so die Hoffnung.

Der 3D-Druck ist längst nicht mehr nur ein Werkzeug der Industrie und Technik – auch in der Medizin gewinnt die Trendtechnologie zunehmend an Bedeutung. So haben Wissenschaftler bereits unterschiedliche Silikonimplantate gedruckt und sogar Gewebe wie funktionsfähige menschliche Haut oder künstliche Eierstöcke.

Künftig sollen auf maßgeschneiderten bioverträglichen Gerüsten aus dem 3D-Drucker selbst so komplizierte Organe wie das Herz gezüchtet werden. Genau diesem Ziel sind Tal Dvir von der Universität Tel Aviv und seine Kollegen nun einen entscheidenden Schritt nähergekommen: Zum ersten Mal haben sie mittels 3D-Druck ein vollständiges Herz aus menschlichem Gewebe erzeugt, wenn auch im Miniformat.

Aus Spendergewebe entstehen Herzzellen und ein Hydrogel, die zu einem Pumporgan "ausgedruckt" werden können. © 2019 Dvir et al./ Advanced Science/ Wiley

Hydrogel aus Spendermaterial

Für ihre Studie entnahmen die Forscher Fettgewebe aus dem Bauchraum von Probanden und trennten zelluläres und azelluläres Material voneinander. Die Zellen wurden anschließend zu pluripotenten Stammzellen umprogrammiert – Zellen, die sich in unterschiedliche Arten von Körperzellen differenzieren können. Aus den extrazellulären Molekülen wie Kollagen und Glykoproteinen stellten Dvir und sein Team wiederum ein Hydrogel her, aus dem sie das Stützgewebe für das Herz bildeten.

Die erzeugten Stammzellen differenzierten sich erfolgreich zu Herzmuskel- und Endothelzellen und ließen sich in Kombination mit dem Hydrogel-Gerüst in der gewünschten Form „ausdrucken“. Auf diese Weise entstanden zunächst sogenannte „cardiac patches“, Gewebeflicken, die zum Beispiel nach einem Herzinfarkt zum Einsatz kommen, um abgestorbene Stellen wieder mit frischen Zellen zu besiedeln. Anschließend gelang dem Team sogar die Erzeugung eines ganzen Organs.

Organ mitsamt Blutgefäßen und Co

„Es ist das erste Mal, dass ein vollständiges Herz mitsamt Zellgewebe, Blutgefäßen und Ventrikeln gedruckt wurde“, erklärt Dvir. „Momentan ist unser 3D-Herz zwar noch klein, in etwa so groß wie ein Hasenherz. Um ein größeres menschliches Herz herzustellen, bedarf es aber der gleichen Technologie.“

Das Besondere am Ansatz der Wissenschaftler ist, dass sie auch das stützende Hydrogel aus biologischem Material des Zellspenders produzierten. Die organähnliche Struktur besteht dadurch – mit Ausnahme weniger Zusätze – komplett aus menschlichem Gewebe. „Die Biokompatibilität ist entscheidend, um das Risiko einer Organabstoßung zu minimieren“, sagt Dvir. „Wir präsentieren hier ein Gewebe, das den immunologischen, zellulären, biochemischen und anatomischen Eigenschaften des Patienten vollständig entspricht.“

Pumpen kann es noch nicht

Bis personalisierte Herzen aus dem 3D-Drucker tatsächlich in der Praxis zum Einsatz kommen können, wird es jedoch noch eine Weile dauern. Denn aktuell sieht das Organ der Forscher zwar aus wie das natürliche Vorbild – es verhält sich aber nicht so. „Wir müssen die gedruckten Herzen noch weiterentwickeln. Bisher können die Zellen zwar kontrahieren, sie arbeiten aber nicht so zusammen, dass sie koordinierte Organfunktionen wie das Pumpen übernehmen können“, berichtet Dvir.

„Wir hoffen, dass uns dies gelingt und wir den Nutzen unserer Methode in den kommenden Jahren belegen können“, schließt der Forscher. Klappt dies tatsächlich, wäre dies ein wichtiger Schritt. Denn Herzleiden gehören weltweit zu den wichtigsten Todesursachen – mithilfe gedruckter Organe könnte vielen Betroffenen schneller geholfen werden. Sie wären dann nicht mehr auf ein Spenderorgan angewiesen. (Advanced Science, 2019; doi: 10.1002/advs.201900344)

Quelle: American Friends of Tel Aviv University