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Die spannendsten Projekte rund um 3D-gedruckte Organe

Auf 7. April 2020 von Sandra S. veröffentlicht

Bio-Druck ist eine Methode, die es ermöglicht, aus Stammzellen Bio-Tinte mit zelluläre Strukturen herzustellen: Schicht für Schicht wird das Biomaterial gedruckt, um Haut, Gewebe oder sogar ein Organ zu drucken. Die Projekte rund um 3D-gedruckte Organe werden immer zahlreicher und vielversprechender: Die Labore sind bereits in der Entwicklung von menschlichen Lebern, Nieren und Herzen tätig! Das Ziel ist, dass sie die gleichen Funktionsweisen wie menschliche Organe verfügen, was eine große Herausforderung für die Forscher darstellt. Langfristig wird es mit dieser Methode möglich sein, dem Mangel an Organspendern zu begegnen und bestimmte Krankheiten behandeln zu können. Die Projekte sind noch nicht völlig abgeschlossen, aber dennoch möchten wir sie Ihnen vorstellen.

3D-gedrucktes 3D-Herz

Im vergangenen April präsentierte ein israelisches Forscherteam ein bio-gedrucktes Herz, das nicht größer als eine Kirsche ist. Das Organ bestand aus Zellen, Blutgefäßen und Herzkammern. Dies war eine echte Premiere! Die Forscher entwickelten ein Hydrogel aus dem eigenen Fettgewebe des Patienten, das das Risiko einer Abstoßung nach der Implantation reduziert. Der Druckvorgang dauerte nur 3 bis 4 Stunden. Das Herz ist nicht größer als das eines Kaninchens, aber es ist ein vielversprechender Anfang. Man beachte auch die Ergebnisse von BIOLIFE4D: Dem amerikanischen Unternehmen ist es gelungen, ein menschliches Miniaturherz zu drucken.

Das erste 3D-gedrucke Herz hat die Größe einer Kirsche

3D-gedruckte Niere – eines der ersten Projekte rund um 3D-gedruckte Organe

Im Jahr 2011 stellte Professor Anthony Atala, Direktor des Wake Forest Institute for Regenerative Medicine, zum ersten Mal eine bio-gedruckte Niere in 3D vor. Innerhalb von sieben Stunden gelang es seinem Team, das Organ aus Stammzellen zu fertigen. Die Niere konnte nicht sehr lange überleben, aber das Projekt war dennoch sehr vielversprechend. Seitdem wurde weiterhin daran geforscht. So ist es Forschern in Harvard beispielsweise bereits gelungen, ein 3D-Modell eines Tubulus, ein Nierenröhrchen, zu drucken, um die Struktur und Funktion der Niere besser zu verstehen.

Anthony Atala präsentiert die 3D-gedruckte Niere

Künstliche 3D-gedruckte Hornhaut

Die Weltgesundheitsorganisation schätzt, dass weltweit 10 Millionen Menschen eine Operation benötigen, um eine Hornhautverblindung zu verhindern und 4,9 Millionen sind bereits vollständig erblindet, weil sie eine Hornhautvernarbung haben. Im Jahr 2019 entwickelten Forscher der Universität Newcastle zum ersten Mal eine 3D-gedruckte künstliche Hornhaut, die bedürftigen Menschen eingepflanzt werden konnte. Nach der Forschung und der Sammlung von Daten aus dem Auge eines Freiwilligen konnten die Forscher ein 3D-Modell der Hornhaut entwerfen. Einer der schwierigsten Aspekte war es, die richtigen Materialien zu verwenden, um die konkave Form zu erhalten und eine Tinte zu finden, die fein genug ist, um extrudiert zu werden. Mit einer einzigen gesunden menschlichen Hornhaut konnten sie 50 künstliche Hornhäute drucken, ein großer Durchbruch in der Augenheilkunde.

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Die Forscher haben es geschafft, eine Hornhaut zu drucken

Eine Lösung zur Bekämpfung von Unfruchtbarkeit

Im Mai 2017 entwickelten Forscher der Northwestern University eine Lösung für Frauen mit Fruchtbarkeitsproblemen. Damals haben sie erfolgreich einen bio-gedruckten Eierstock in eine sterile Maus implantiert. Zwei Jahre später machten die Forscher einige sehr vielversprechende Fortschritte. Sie waren in der Lage, die Lokalisierung von Strukturproteinen in einem Schweine-Ovarium zu kartografieren, was es ihnen ermöglichte, einen Bio-Print zu erstellen, um funktionelle Eierstöcke für Frauen zu drucken. Das Team erklärte, dass ihre Methodik zur Identifizierung anderer Arten von Proteinen verwendet werden könnte, die die Herstellung von Bio-Tinten für andere Organe erleichtern könnten.

Die bio-gedruckten Eizellen wurden in Mäuse implantiert

Universität São Paulo druckt winzige Leber

Forschern der Universität von São Paulo in Brasilien ist es gelungen, 3D-Miniaturversionen einer menschlichen Leber aus Blutzellen zu drucken. Der Prozess dauerte circa 90 Tage, von der Blutentnahme bis zur eigentlichen Gewebeproduktion. Dies kleinen Lebern erfüllen alle Funktionen des menschlichen Organs: Produktion von lebenswichtigen Proteinen, Speicherung von Vitaminen und Gallenabsonderungen. Für die Herstellung des Lebergewebes verwendete das Team den Inkredible Biodrucker des Herstellers Cellink, einem der anerkanntesten Akteure auf dem Bio-Druckmarkt.

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Die kleine Leber wurde binnen 90 Tage gedruckt (Bildnachweis: Agência FAPESP)

Ein bio-gedrucktes Ohr

Dieses Bio-Printing-Projekt wurde durch eine Zusammenarbeit mit der Queensland University of Technology (QUT) ermöglicht, um der kleinen Maia Van Mulligan zu helfen, ihr Gehör wieder zu finden. Die Hear and Say Association, die das kleine Mädchen von Anfang an unterstützt hat, sagt, dass das 3D-gedruckte Ohr voll funktionsfähig ist und Maia helfen wird, ihr Gehör wieder zu erlangen. Das Ohrimplantat wurde anatomisch mit Zellen aus dem Knorpel des Patienten hergestellt werden. Dieser Fortschritt macht es auch möglich, ein personalisiertes Ohr zu geringeren Kosten zu entwerfen und somit für bedürftige Patienten zugänglicher sein.

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Der 3D-Druck ermöglicht personalisierte Lösungen

 

3D-gedruckte Bauchspeicheldrüse für Diabetiker

Ein Team von Wissenschaftlern der „Foundation for Research and Development of Science“ hat sich zum Ziel gesetzt, bis 2020 eine funktionsfähige 3D-gedruckte Bauchspeicheldrüse zu entwickeln, die Diabetespatienten helfen soll, damit diese kein Insulin mehr injizieren müssen und das Risiko für damit zusammenhängende Sekundärkomplikationen, die häufig zum Tod führen zu minimieren. Für den Druck erfolgt zunächst eine Biopsie des Patienten, eine Stammzellengewinnung, erfolgen. Anschließend werden die Zellen in Zellen umgewandelt, die in der Lage sind, Insulin und Glukagon zu produzieren. Diese werden anschließend als Bio-Ink verwendet, um daraus eine Bauchspeicheldrüse zu drucken. 

Der 3D-Druck könnte gegen Diabetes helfen

4D-gedruckte Haut

Der Markt für bio-gedruckte Haut steigt stetig: So wird der Markt laut BBC Research von 24,7 Milliarden Dollar im Jahr 2018 auf 109,9 Milliarden Dollar 2023 steigen. Das Start-up Poietis hat 4D-gedruckte Haut entwickelt, die in Zukunft für Opfer von Verbrennungen oder Hauterkrankungen transplantiert werden soll.Für den Druck wurde speziell eine Software namens Cytocentric CAD entwickelt, die speziell auf die Herausforderung, körpereigenes Gewebe nachzuahmen, ausgelegt ist. Es handelt sich hierbei um 4D-Druck, da Gewebebestandteile präzise im Raum angeordnet werden und zudem dem Einwirken von Selbstorgansationsprozessen der Zellen unterliegen. Durch die Berücksichtigung selbst ablaufender Prozesse ist es möglich, hochkomplexe Gewebestrukturen zu schaffen, die denen des menschlichen Körpers sehr nahe kommen. Die 4D-gedruckte Haut wird in einer Zusammenarbeit mit der Assistance Publique – Hôpitaux de Marseille klinisch getestet. Langfristig verfolgt Poietis das Ziel, „in jedem Krankenhaus einen Bio-Drucker zu platzieren, um die Herstellung von personalisierten Geweben zu ermöglichen und die Wartezeit von Patienten, die auf eine Transplantation warten, zu verbessern“, so Dr. Fabien Guillemot, Gründer von Poietis.

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Bildnachweis: Poietis

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