Die NASA druckt im Weltraum künstliche Organe

In Amerika sterben jeden Tag 17 Menschen, während sie auf eine Transplantation warten. Ein Druckverfahren soll helfen – und es wird gerade auf der ISS getestet.

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NASA-Astronautin Jessica Meir bei der Verwendung der BioFabrication Facility an Bord der Internationalen Raumstation ISS.

(Bild: Techshot)

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  • Tatyana Woodall
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Zahllose Menschen warten darauf, dass ihnen ein Implantat zur Verfügung gestellt werden kann. Aber was wäre, wenn wir, anstatt auf den Tod eines Spenders zu warten, eines Tages unsere eigenen Organe züchten könnten? Sechs Jahre nach der Bekanntgabe des NASA-Wettbewerbs "Vascular Tissue Challenge", der die Forschung zu künstlichen Organen vorantreiben sollte, hat die US-Weltraumbehörde nun zwei Gewinnerteams gekürt. Die Herausforderung bestand darin, dickes, mit Blutgefäßen durchsetztes menschliches Organgewebe herzustellen, das 30 Tage überleben kann.

Die beiden Teams mit den Namen Winston und WFIRM, beide vom Wake Forest Institute for Regenerative Medicine, verwendeten unterschiedliche 3D-Drucktechniken, um im Labor gezüchtetes Lebergewebe herzustellen, das alle Anforderungen der NASA erfüllt und seine Funktion beibehält. "Wir haben zwei verschiedene Ansätze gewählt, denn wenn man sich Gewebe und Gefäße anschaut, gibt es zwei wesentliche Dinge, die der Körper tut", erläutert Anthony Atala, Teamleiter des WFIRM und Direktor des Instituts.

Die beiden Ansätze unterscheiden sich in der Art und Weise, wie die Vaskularisierung – also die Bildung von Blutgefäßen im Körper – erreicht wird. Der eine verwendet röhrenförmige Strukturen, der andere schwammartige Gewebestrukturen, um die Zelle mit Nährstoffen zu versorgen und Schadstoffe wegzutransportieren. Laut Atala stellt die Herausforderung einen Meilenstein für das Bioengineering dar, da die Leber, das größte innere Organ des Körpers, aufgrund der vielen Funktionen, die sie erfüllt, eines der komplexesten Gewebe ist, die man replizieren kann.

"Als der Wettbewerb vor sechs Jahren ausgeschrieben wurde, wussten wir, dass wir dieses Problem alleine lösen wollten", sagt Atala. Neben der Weiterentwicklung der regenerativen Medizin und der Erleichterung der Herstellung künstlicher Organe für Menschen, die eine Transplantation benötigen, könnte das Projekt eines Tages auch Astronauten auf zukünftigen Weltraummissionen helfen.

Das Konzept des Tissue Engineering gibt es schon seit mehr als 20 Jahren, sagt Laura Niklason, Professorin für Anästhesie und biomedizinische Technik in Yale, aber das wachsende Interesse an weltraumgestützten Experimenten beginnt, das Feld zu verändern. "Vor allem, da unser Planet jetzt die private sowie kommerzielle Raumfahrt in Betracht zieht, werden die biologischen Auswirkungen der niedrigen Schwerkraft immer wichtiger – und diese Technik ist ein großartiges Werkzeug, um zu helfen, sie zu verstehen."

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Doch die Gewinnerteams müssen noch eine der größten Hürden im Tissue Engineering überwinden: "Die künstlichen Organe dazu zu bringen, zu überleben und ihre Funktion über einen längeren Zeitraum aufrechtzuerhalten, ist eine echte Herausforderung", sagt Andrea O'Connor, Leiterin des Bereichs Biomedizintechnik an der Universität von Melbourne, die die von der NASA geförderten Projekte und ähnliche Vorhaben als "ehrgeizig" bezeichnet. Ausgestattet mit einem Geldpreis von 300.000 US-Dollar hat das erstplatzierte Team – Winston – bald die Chance, seine Forschung auf die Internationale Raumstation zu schicken, wo bereits ähnliche Forschung stattgefunden hat.

Im Jahr 2019 aktivierte Astronautin Christina Koch die sogenannte BioFabrication Facility (BFF), die von dem in Greenville, Indiana, ansässigen Raumfahrtforschungsunternehmen Techshot geschaffen wurde, um organisches Gewebe in der Schwerelosigkeit zu drucken. Dieses Forschungsprojekt hat ähnliche Ziele wie die Vascular Tissue Challenge der NASA, sagt Eugene Boland, der Chefwissenschaftler von Techshot – nur dass statt des 3D-Drucks von Lebergewebe irgendwann in den nächsten 10 Jahren transplantierbares Herzgewebe hergestellt werden soll.

Was ist der Unterschied zwischen dem Druck von Organen und Geweben auf der Erde und im Weltraum? Boland beschreibt den Unterschied der Verfahren, indem er die Mechanik des Druckens mit Knetmasse mit der des Druckens mit Honig vergleicht. In diesem Jahr steht für die BFF ein Upgrade an – eines, das laut Rich Boling, Vice President of Corporate Advancement bei Techshot, die potenziell lebensrettende Technik für eine zukünftige Kommerzialisierung sowohl im Weltraum als auch auf der Erde effektiver machen soll. In den nächsten Monaten wird dieses Upgrade die Fähigkeit umfassen, mit stumpfen Nadeln zu drucken – die gleiche Art, die auf der Erde zum Drucken solcher Organe verwendet wird.

"Bei dem Projekt ging es schon immer zum größten Teil um die Erde. Wir hatten stets das Gefühl, dass wir es für Probleme wie zum Beispiel den Mangel an Organspendern entwickeln", sagte Boling. Techshot hat auch die Vision, eines Tages künstliches Gewebe und Organe zur Behandlung von Krankheiten und sogar angeborenen Gendefekten einzusetzen. Nützlich ist das aber auch für die Raumfahrt.

Künstliche Organe und menschliches Gewebe sind nur zwei von vielen Ressourcen, die bei zukünftigen Langzeit-Weltraummissionen gefragt sein könnten. In Kürze plant Techshot die Teilnahme an der "Deep Space Food Challenge" der NASA, bei der es um die Entwicklung nachhaltiger Nahrungsmittel für längere bemannte Missionen geht. Das Unternehmen ist der Meinung, dass die gleichen 3D-Drucktechniken, die in der Biomedizintechnik verwendet werden, auch bei der Schaffung einer Nahrungsquelle nützlich sein könnten. Fazit: Auch wenn es noch eine Weile dauern wird, bis Astronauten sich gegenseitig künstliches Gewebe implantieren oder ihre Lieblings-Bioburger verzehren können, eröffnet der 3D-Bioprint doch jede Menge Möglichkeiten. (bsc)