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Organe aus dem 3D-Drucker


Allein in Deutschland warten zig Leute auf ein neues Organ. Transplantate sind allerdings Mangelware. In meinem Roman „Rex Jordan 2 - Der Fall der ewigen Liebe“ hat das junge Genie Dr. Age einen Weg aus dieser Misere gefunden. Mittels moderner Technik ist es ihm tatsächlich gelungen eine Niere mithilfe eines 3D-Druckers zu kreieren!

Sicher, das klingt erst einmal nach Zukunftsmusik. Aber es ist keine Sciencefiction! An solch einer Technik wird tatsächlich geforscht und erste Ergebnisse sind durchaus vielversprechend.

Aktueller Stand

 

Zunächst einmal gibt es einen Unterschied zwischen Implantaten und Transplantaten. Implantate sind meist künstliche Ersatzkörperteile, die versuchen die Funktion eines verlorenen Organs zu ersetzen. Hierzu zählt beispielsweise jedes künstliche Hüftgelenk. Ein Transplantat wiederum beschreibt ein echtes, biologisches und zumeist menschliches oder tierisches Organ, das versucht ein fehlendes Organ im Körper zu ersetzen und dessen Funktionen wenigstens zeitweise zu übernehmen.

So werden Implantate, wie etwa künstliche Zähne, Knorpel, Ohrmuscheln, die bereits erwähnten Hüftgelenke oder auch ganze Knochen bereits seit Längeren mittels moderner 3D-Drucktechniken hergestellt. Zunächst wird dafür über einen Scan in der Computertomographie genau geprüft, welche Passform das künstliche Implantat haben muss. Anschließend kann es, ganz individuell auf seinen Einsatz und die Bedingungen des einzelnen Patienten, beispielsweise aus Kunststoff, Metall oder auch Keramik in einem solchen 3D-Drucker hergestellt werden. Dies ermöglicht individuelle Anpassungen und verleiht diesen Ersatzteilen des menschlichen Körpers damit auch eine längere Haltbarkeit und weniger Schwierigkeiten in der Anwendung.

Sogar in der Unfallchirurgie sind diese Verfahren schon Standard, wie der leitende Oberarzt für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie der Unimedizin Mainz, Professor Bilal Al-Nawas 2017 dem Deutschlandfunk erklärte:

 

"Also, die Unfallchirurgen zum Beispiel bauen da bei einer Hüftkopf-Fraktur individuell gedruckte Ersatzmaterialien ein. Wir im Gesicht – also bei einem Pferdehuftritt kann man die gesunde Seite spiegeln und das wieder sehr schön rekonstruieren mit Hilfe individueller Titanplatten. Der Orthopäde, der vielleicht eine Kniegelenk-Prothese ersetzt, der nimmt die nicht mehr von der Stange und passt den Patienten an, sondern der nutzt den 3D-Druck, um eine individuelle Prothese an den Patienten zu bringen."

 

Bei künstlichen Implantaten ist auch die Frage des eingesetzten Materials entscheidend. So gibt es schließlich auch Patienten, die etwa gewisse Metalle nicht vertragen und daher solche aus Kunststoff benötigen. Aber auch bei gedruckten, menschlichen Organen ist die Tinte der entscheidende Faktor.

 

Die Biotinte

 

Möchte man mit lebendigen Zellen drucken, gilt es Einiges zu beachten. Schließlich werden auch unsere Körperzellen mit Nährstoffen, Flüssigkeit und vielen weiteren Stoffen rund um die Uhr versorgt. Dasselbe muss natürlich auch bei einem Organ vorliegen, das außerhalb des Körpers gezüchtet, bzw. gedruckt werden soll.

Grundbausteine einer solchen Tinte sind daher zumeist Zellen, die wachsen und das Organ bilden sollen, Nährstoffe, die eben diese versorgen und das Wachstum damit überhaupt erst ermöglichen und Gelatine, die meist dazu dient eine Struktur vorzugeben, an der die Zellen dann entlang wachsen können. Im Laufe des Wachstums werden die Gerüste dann eher redundant und automatisch biologisch von den Zellen abgebaut. Man kann sich das ein bisschen wie den Bau einer Betonmauer vorstellen. Auch dabei wird zunächst mit Holz eine Art Form hergestellt, in die der Beton eingelassen wird. Ist dieser getrocknet, verschwindet die Form und die Mauer hat selbst genügend Eigenstabilität entwickelt.

Neuere Forschungsversuche gehen hier aber noch einen Schritt weiter und spezifizieren die Anforderungen an eben diese Biotinte noch genauer. So genügen hier entweder normale Nierenzellen, oder aber Stammzellen, die sich schließlich zu solchen entwickeln sollen. Auch dabei werden dann wieder Nährstoffe benötigt und sowie ein abbaubares Zellgerüst. Der Fokus liegt aber auf der Art der vorliegenden Zellen. Es funktioniert nämlich nicht, einfach ein paar bereits ausgebildete Nierenzellen zu entnehmen, diese zu drucken und zu hoffen, dass sie schließlich ein fertiges Organ bilden. Dazu benötigt es Stammzellen, sprich Zellen, die noch nicht „programmiert“ sind, noch keine bestimmte Funktion im Körper übernehmen. Diese werden mit den Nierenzellen vermischt. Sie beginnen zu wachsen, merken durch das Vorhandensein von normalen Nierenzellen, dass sie auch zu eben solchen werden sollten und bilden dann die Basis des schließlich gedruckten Organs.

Die Tinte alleine reicht aber leider noch nicht aus. Auch hier ist es wieder nötig die richtige Drucktechnik anzuwenden.

 

Verschiedene Drucktechniken

 

Eines der größten Probleme beim Drucken eines Organs besteht in der Nährstoffversorgung. In menschlichen Organen befinden sich unzählige kleine Blutkanäle, die durch das ganze Organ reichen, wie die Wurzeln eines Baumes. Hierüber werden alle Zellen mit Nährstoffen und Flüssigkeiten versorgt, damit sie nicht absterben. Bei gedruckten Organen stellt genau diese Versorgung ein Problem dar. Schließlich fand man aber einen Weg, in dem gedruckten Organ ebenfalls kleine Kanäle einzubauen, in denen die Nährflüssigkeit des sich noch im Druck befindlichen Organs fließen konnte. Nach dem Einsetzen im Patienten zeigte sich in Tierversuchen, dass diese offenen Kanäle sich schließlich zu ganz normalen Blutkanälen weiterentwickelten. Bei Tests an Mäusen erzielten solche Organe bereits gute Ergebnisse.

Auch ganze Nervenstränge konnten auf diese Art schon gedruckt werden. Organe sind nicht nur von Blutkanälen, sondern eben auch noch Nervensträngen durchzogen, die mitberücksichtigt werden müssen. Bei Ratten konnten auch hier bereits Erfolge erzielt werden und etwaige Tests beim Menschen laufen bereits an.

Doch auch ein Verfahren mittels Nanostrukturen wird derzeit erprobt. Hier wird zunächst über ein Hydrogel ein Komplex geschaffen, an dem die Zellen schließlich entlangwachsen sollen. Auch das Drucken mittels solcher Nanostrukturen scheint vielversprechend und könnte tatsächlich dabei helfen, diese Technik endlich in die endgültige Anwendung zu überführen. Doch bis dahin ist noch ein gewisser Weg zu gehen.

 

Die Entwicklungsschritte

 

Bis diese Technik schließlich reif für den Massenmarkt wird, gilt es zunächst noch zahlreiche kleine Fehler und Korrekturen auszuführen. Schließlich arbeitet man hier mit Menschen.

Zunächst besteht die Kunst darin, einen passgenauen Organersatz herzustellen, der aus künstlichem Material besteht. So ist es bereits gelungen ein Silikonherz zu drucken, das im Test allerdings nur eine halbe Stunde arbeitete, ehe das Material versagte. Aber es zeigte, dass es grundsätzlich möglich ist.

Das langfristige Ziel sieht vor, dass Organe aus den Eigenzellen des Patienten gedruckt werden können. Dies senkt nämlich das Risiko einer Organabstoßung enorm, da es sich um körpereigene Zellen, beispielsweise Stammzellen, handelt. Jedoch sind auch ethische Fragen zu klären.

 

Bedenken

 

Was hält einen Arzt oder eine Firma schließlich davon ab, dann nicht nur „normale“ Organe zu drucken, sondern direkt verbesserte Versionen? Ist es schließlich legitim verbesserte, ja gar super optimierte Organe herzustellen und zu verwenden? Darf ein gesunder Mensch beispielsweise seine normale Niere entfernen und durch eine künstliche ersetzen, die seinen Urin beispielsweise blau färben kann? Sicher mag diese Vorstellung etwas übertrieben wirken, aber von technischer Seite her wäre so etwas durchaus machbar.

Wie bei jeder neuen Technik kommt es auf die Anwendung an. Sie birgt enorme Potenziale, aber auch gewisse Risiken. Hier hat die Politik wiederum die Aufgabe, für ein Gleichgewicht zu sorgen und solche Verfahren entsprechend zu regeln.

Zumal auch künstliche Implantate ein gewisses Risiko von Optimierung aufweisen.

 

Fazit

 

Trotz dessen ist diese Technik äußerst vielversprechend. Der Markt von gedruckten Organen wächst stetig und das, obwohl diese Technik noch nicht ökonomisch anwendbar ist. Die verschiedenen Verfahren und zahlreichen Forschungen auf diesem Gebiet spiegeln die rasante Entwicklung gut wieder.

Bis das Versagen einzelner Organe aber zu einer harmlosen Krankheit wird, die wir mit einem gedruckten Organ schnell wieder beheben können, wird es noch ein kleines bisschen dauern. Jedoch sicherlich nicht lang, was vielen Betroffenen, allein in Deutschland, Hoffnung machen dürfte.

 


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