3D-Bioprinting öffnet Türen für die Behandlung von Hirnverletzungen

Ein Schädel-Hirn-Trauma ist ein gefährlicher und leider häufiger Unfall. Schätzungsweise 70 Millionen Menschen weltweit erleiden jedes Jahr eine Form von traumatischen Hirnverletzungen. Dabei handelt es sich oft um lähmende oder tödliche Verletzungen, die bisher nur sehr begrenzt behandelt werden konnten. Forscher der Universität Oxford haben nun die Ergebnisse ihres jüngsten Forschungsprojekts veröffentlicht, bei dem sie mithilfe des 3D-Drucks Hirngewebe herstellen konnten, das sich in Labortests erfolgreich mit dem biologischen Gehirngewebe zu verbinden schien. Diese Studie veranschaulicht das Potential, das der 3D-Biodruck für die Behandlung von Hirnverletzungen bieten könnte.

Nach einem ähnlichen Durchbruch bei der Herstellung von 3D-gedruckten Nervenzellen an der Monash University kann die Oxford-Studie auf eine lange Geschichte der Bioprinting-Forschung zurückblicken und hat der Untersuchung von 3D-gedrucktem Gewebeersatz eine zusätzliche Facette verliehen. Durch die Verwendung von neuronalen Stammzellen konnte das biologisch gedruckte Gewebe die biologische Architektur einer Großhirnrinde nachbilden. Die Aufgabe, das gewünschte Gewebe oder Organ konsistent und effektiv zu imitieren, war in der Vergangenheit ein Problem für die Forscher, aber diese Studie zeigt deutlicher, dass das 3D-gedruckte Hirngewebe durch die Verwendung dieser Leitkomponenten, wie neurale Stammzellen, die vom Patienten selbst stammen können, kooperativer sein und sich leichter in den Körper integrieren lassen könnte.

Schematische Darstellung des 3D-Biodruckers und der Materialien, aus denen die Biotinte besteht (Bild: Jin et al. / Universität Oxford)

Derzeit wird der Prozess mittels „Tröpfchendruck“ durchgeführt, der anderen additiven Fertigungsverfahren nicht unähnlich ist, die einen Tintenstrahldruckkopf verwenden, wie z. B. das Material-Jetting. Die Materialien, einschließlich der menschlichen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSCs), wurden zu zwei Biotinten kombiniert, die zur Herstellung von Doppelschichten verwendet wurden, die einer Großhirnrinde sehr ähnlich sind und ihre Form über einen längeren Zeitraum beibehalten können, auch bei längerer Lagerung und Aufbewahrung.

Die Verfasser der Forschungsarbeit stammen unter anderem aus den Fachbereichen Chemie, Physiologie, Anatomie und Genetik. Professor Zoltán Molnár äußerte sich nach Abschluss der Studie wie folgt: „Die Entwicklung des menschlichen Gehirns ist ein heikler und aufwendiger Prozess mit einer komplexen Choreografie. Es wäre naiv zu glauben, dass wir den gesamten zellulären Ablauf im Labor nachbilden können. Nichtsdestotrotz zeigt unser 3D-Druckprojekt wesentliche Fortschritte bei der Kontrolle des Schicksals und der Anordnung menschlicher iPSCs, um die grundlegenden Funktionseinheiten der Großhirnrinde zu bilden.“

Nach dem anfänglichen Erfolg will das Team den Druckprozess weiter verfeinern und weitere Schichten und mehr Komplexität hinzufügen, die das menschliche Gehirn noch genauer widerspiegeln. Neben der Behandlung von Hirnverletzungen sind auch Medikamententests, Tests zur Entwicklung des Gehirns und die weitere Erforschung unseres Verständnisses von Kognition mögliche Ziele ihrer Forschung. Weitere Informationen zu dieser Forschungsentwicklung finden Sie HIER.

Bioprinting könnte sich als revolutionärer Weg zur Behandlung von Hirnverletzungen erweisen (Bild: USAF).

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*Titelbildnachweis: University of Oxford