Weltweit erste erfolgreiche Transplantation einer 3D-gedruckten Luftröhre

Der 3D-Druck im Bereich der Medizin lässt uns immer wieder über Anwendungsmöglichkeiten staunen, deren Umsetzung mit herkömmlichen Verfahren nicht möglich wäre. Insbesondere für die Personalisierung medizinischer Applikationen werden die Vorteile der additiven Fertigung geschätzt, wie etwa bei Operationen. So haben wir bereits über 3D-gedruckte Implantate berichtet, für die im Rahmen von Forschungsprojekten Materialien optimiert werden, oder über einen oralen Stent zur Verbesserung der Krebsbehandlung. Ein neuer Anwendungsfall des 3D-Drucks in der Medizin löst nun großes Staunen aus: Wissenschaftler, Ärzte und Ingenieure des Seoul St. Mary’s Hospital der Katholischen Universität Korea und der Universität Gachon führten die weltweit erste Studie durch, bei der eine maßgeschneiderte künstliche 3D-gedruckte Luftröhre hergestellt und transplantiert wurde. Bei der Patientin handelt es sich um eine Dame in ihren Fünfzigern, die an Schilddrüsenkrebs erkrankt war und bei einer Operation zur Entfernung des Krebs einen Teil ihrer Luftröhre verloren hatte.

Die Transplantation der 3D-gedruckten Luftröhre, die mittels Bioprinting hergestellt werden konnte, wurde von Professor Seong-won Kim am Katholischen Universitätskolleg für Medizin und seinem Team durchgeführt. Ein halbes Jahr nach der Transplantation ließ sich nun im Rahmen der Nachuntersuchung ihr Erfolg feststellen, denn die Röhre ist verheilt und es haben sich sogar neue Blutgefäße entwickelt. Die neue Entwicklung birgt großes Potential für Menschen mit Schilddrüsenkrebs, aber auch mit angeborenen Anomalien, Organdefekten, Verletzungen oder einem Trauma der Luftröhre. Mit vorherigen Behandlungsmethoden nach der Schilddrüsenkrebsoperation – die als äußerst kompliziert und gefährlich gelten –  konnte die ursprüngliche Luftröhre nämlich nicht wiederhergestellt werden. An dem angewendeten Verfahren wurde bereits seit 20 Jahren geforscht, nämlich seit dem Jahr 2004.

Der 3D-Druck der künstlichen Luftröhre (Bild: T&R Biofab)

Das 3D-Druckverfahren und Material zur Herstellung der Luftröhre

Das Verfahren zur Herstellung der transplantierten 3D-gedruckten und individuell angepassten Luftröhre, das innerhalb der Studie angewendet wurde, basiert auf der Methode des Biodrucks und verwendet Biotinte auf Basis von adulten Nasenstammzellen sowie Knorpelzellen anderer Patienten. Bei diesem Verfahren werden die lebendigen Zellen in Form einer Biotinte zu einem künstlichen Organ für Patiententransplantationen 3D-gedruckt. Für die Studie wurden die Zellen menschlichem Gewebe entnommen, welches bei anderen Operationen – etwa bei Nasenscheidewandoperationen – als Abfallprodukt übrig blieb. Auf diese Weise wurde eine Luftröhre geschaffen, die hauptsächlich aus Schleimhaut und Knorpel besteht. Darüber hinaus besteht das 3D-gedruckte Organ auch aus dem Material Polycaprolacton (PCL), welches strukturell unterstützen soll. Der hierbei verwendete Drucker, der sich für den 3D-Druck hohler röhrenförmiger Strukturen eignet, stammt von der Firma für Biomedizintechnik T&R Biofab, welche das Gerät sowohl auf die Patientin angepasst als auch eigens für das Seoul St. Mary Hospital entwickelt hat. In Zukunft könnte die Produktion des Druckers jedoch ausgeweitet werden, sodass seine Nutzung auch anderen Nutzern zur Verfügung stünde. Professor Seong-won Kim äußerte sich mit folgenden Worten zu dem Durchbruch:

Der Erfolg dieser Transplantation ist der weltweit erste erfolgreiche klinische Versuch zur künstlichen Transplantation menschlicher Organe, der durch die Anwendung der Bioprinting-Präzisionstechniktechnologie entwickelt wurde, um adulte Stammzellen einer lebenden Person tatsächlich in 3D zu drucken und einen auf den Patienten zugeschnittenen 3D-Bioprint zu ermöglichen. Sie wird die Grundlage für die Entwicklung der Kommerzialisierungstechnologie für künstliche Organtransplantationen bilden und auch eine wichtige Rolle im Entwicklungsprozess fortschrittlicher Biopharmazeutika für verschiedene unheilbare Krankheiten spielen, die in Zukunft weiterentwickelt werden.“

Laut Dr. Paulo Marinho, Leiter der wissenschaftlichen Strategie bei T&R Biofab, sei es zwar noch zu früh, um zu sagen, dass das 3D-Bioprinting die Lösung für den derzeitigen Mangel an Transplantationsorganen sein könnte, aber es bestehe definitiv die Hoffnung, das Problem für einige Organe oder bestimmte Indikationen teilweise zu lösen oder zumindest die Lücke zwischen klassischen medizinischen Geräten und Organtransplantationen zu schließen.

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*Titelbildnachweis: pharmnews