Bio-3D-Druck mit Sauerstoff-produzierender Tinte

Menschliche Ersatz-Organe aus dem 3D-Drucker: Diesem Ziel sind Wissenschaftler der Harvard Medical School durch Algen einen Schritt näher gekommen.

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Von
  • Heinz Behling

Dem Ziel, den Mangel an Spender-Organen für Transplantationen durch im 3D-Drucker hergestellte menschliche Ersatzteile auszugleichen, sind wir nun einen Schritt näher. Wissenschaftler der Harvard Medical School unter Leitung von Asst. Prof. Yu Shrike Zhang gelang es, das Problem der Sauerstoffversorgung zu lösen.

Beim 3D-Druck von Zellgeweben werden in deren Projekt lebende menschliche Leberzellen in einer wabenartigen Gitter platziert. Problem dabei: Da in der Anfangsphase keine Blutversorgung existiert, gelangt nicht genügend Sauerstoff zu den Zellen und das von ihnen produzierte Kohlendioxid wird nicht abtransportiert. Daher war bislang die Lebenserwartung solcher künstlichen Gewebe gering.

Die Lberzellen werden zusammen mit Grünalgen in winzigen Waben angeordnet.

Durch Beimischung von Grünalgen der Gattung Chlamydomonas reinhardtii zur beim Druck verwendeten Biotinte, die ansonsten unter anderem aus PVA, Gelatine und Cellulose besteht, wurde dieses Problem beseitigt. Die Algen betreiben bei Lichtbestrahlung Photosynthese, nehmen dazu Kohlendioxyd auf und produzieren dabei Sauerstoff. Den geben sie an die Umgebung, also an die Leberzellen ab, die dadurch sogar in der Lage sind, leberspezifische Enzyme herzustellen.

Sobald die Zellen dieser Leber-Algenzellen-Kultur ausreichend herangewachsen sind, wird die sie tragende Cellulosehaltige Struktur durch Zugabe des Enzyms Cellulase aufgelöst. Dadurch entstehen in dem Zellgewebe Mikrokanäle, die mit Gefäßzellen aufgefüllt werden. In den Versuchen bildeten sich diese Kanäle dadurch zu Blutgefäßen um, über die dann im weiteren Verlauf die Sauerstoffproduktion erfolgen konnte.

Die Lebensdauer der Leberzellen verlängerte sich dadurch erheblich. Auch nach einer Woche zeigten sich die Zellkulturen noch hochaktiv.

Die Leber-Algenkulturen funktionierten auch nach einer Woche noch.

Prof. Zhang sieht darin nicht nur die Möglichkeit zur Herstellung von transpantierbaren Organen, sondern auch zur Anfertigung von Geweben für die Erprobung von neuen Medikamenten im Hinblick auf Organverträglichkeiten. Das könnte die Risiken in Versuchen mit Testpersonen deutlich reduzieren.

Die vollständige Studie in englischer Sprache steht zum Download im Internet bereit. (hgb)