{"id":5438,"date":"2024-11-28T13:00:35","date_gmt":"2024-11-28T12:00:35","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=5438"},"modified":"2024-11-28T13:00:36","modified_gmt":"2024-11-28T12:00:36","slug":"featured-biodruck-180520171","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/featured-biodruck-180520171\/","title":{"rendered":"Ist der 3D-Biodruck die Zukunft der personalisierten Medizin?"},"content":{"rendered":"

Das 3D-Biodrucken<\/a> hat sich zu einem der f\u00fchrenden Segmente der 3D-Druckindustrie<\/a> entwickelt, was die Innovation betrifft. Bis vor kurzem konzentrierte sich der Markt haupts\u00e4chlich auf Nordamerika; heute erforschen viele Unternehmen, Labors und Universit\u00e4ten weltweit dieses Gebiet. Mithilfe von Techniken, die dem 3D-Druck \u00e4hneln, k\u00f6nnen Zellen und Biomaterialien<\/a> kombiniert und schichtweise aufgetragen werden, um Teile und Implantate<\/a> mit den gleichen Eigenschaften wie nat\u00fcrliches Gewebe zu schaffen. Die Biomaterialien, die verwendet werden k\u00f6nnen, sind vielf\u00e4ltig und werden je nach den behandelten Zellen und der Endanwendung unterschiedlich kombiniert.<\/p>\n

Die gr\u00f6\u00dfte Leistung auf diesem Gebiet w\u00e4re nat\u00fcrlich das Bioprinting eines voll funktionsf\u00e4higen menschlichen Organs. Bislang ist die Wissenschaft noch nicht so weit und es gibt zahlreiche Unbekannte im Zusammenhang mit diesem Druckverfahren, aber die Forschung geht weiter und die Fortschritte werden immer vielversprechender.<\/p>\n

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Bild: FluidForm<\/p><\/div>\n

Im Folgenden werden wir dieses Thema aufgreifen und versuchen, einige der am h\u00e4ufigsten gestellten Fragen zum 3D-Bioprinting zu beantworten. Au\u00dferdem werden wir uns mit den verschiedenen Druckverfahren befassen, die mit dieser Technologie verbunden sind.<\/p>

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Die Anf\u00e4nge des 3D-Biodrucks<\/strong><\/h3>\n

Der Hauptgrund, warum die Forscher das 3D-Bioprinting versuchten, war der Traum vom 3D-Druck eines menschlichen Organs. Es ist bekannt, dass die Nachfrage nach Transplantaten jedes Jahr weiter steigt und dass die Zahl der Menschen auf den Wartelisten f\u00fcr ein Transplantat weitaus h\u00f6her ist als die Zahl der Spender. 3D-Bioprinting k\u00f6nnte die L\u00f6sung f\u00fcr dieses gro\u00dfe Problem sein. Aber wie kommt diese Technologie zustande?<\/p>\n

Der 3D-Biodruck stammt aus dem Jahr 1988, als Dr. Robert J. Klebe von der University of Texas seinen Zytoscribing-Prozess vorstellte. Ein Verfahren zum Mikropositionieren von Zellen, um zwei- und dreidimensionale synthetische Gewebe unter Verwendung eines gemeinsamen Tintenstrahldruckers herzustellen. Im Jahr 2002 schuf Professor Anthony Atala von der Wake Forest University das erste Organ mit Bioprinting: eine kleine Niere. Um weitere Innovationen im Bereich des Biodrucks zu f\u00f6rdern, entstand Organovo – das erste kommerzielle Labor – 2010 in San Diego, Kalifornien. Das Labor begann schnell mit den Entwicklern von Invetech zusammenzuarbeiten, um einen der ersten Biodrucker<\/a> auf dem Markt zu entwickeln, den NovoGen MMX. Organovo hat sich als einer der f\u00fchrenden Anbieter in der Branche positioniert, sie arbeiten weiterhin an der Entwicklung von Durchbr\u00fcchen im Bereich des Knochengewebes, z.B. bei der Herstellung des Lebertransplantationsgewebes. Nach dem Durchbruch des Forscherteams der Universit\u00e4t Tel-Aviv konnte BIOLIFE4D<\/a> auch ein miniaturisiertes menschliches Herz bioprint und ist damit das erste Unternehmen in den USA, das dies erreicht hat. Wir gehen davon aus, dass in den kommenden Monaten weitere Unternehmen und Forschungsgruppen dies erreichen k\u00f6nnen.<\/p>\n

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Anthony Atala mit der ersten 3D gedruckten Niere<\/p><\/div>\n

Ein wichtiger Durchbruch markiert das Jahr 2019. Ein Forscherteam der Universit\u00e4t Tel-Aviv (TAU) hat ein Herz aus menschlichen Zellen in 3D gedruckt. Dieses Herz entsprach perfekt den immunologischen, zellul\u00e4ren und anatomischen Eigenschaften eines menschlichen Patienten. Obwohl es die Gr\u00f6\u00dfe eines Kaninchenherzens hatte, war es in seiner Komplexit\u00e4t ein Novum: \u201eIn der Vergangenheit war es zwar m\u00f6glich, die Struktur eines Herzens in 3D zu drucken, aber nicht mit Zellen und Blutgef\u00e4\u00dfen. Unsere Ergebnisse zeigen das Potenzial unseres Ansatzes f\u00fcr ma\u00dfgeschneiderten Gewebe- und Organersatz in der Zukunft\u201c<\/em>, erkl\u00e4rte Prof. Tal Dvir, der die Forschung in dieser Studie leitete.<\/p>\n

Nach dem Durchbruch des Forscherteams der Universit\u00e4t Tel-Aviv konnte BIOLIFE4D auch ein menschliches Miniaturherz bioprinten<\/a> und ist damit das erste Unternehmen in den USA, dem dies gelungen ist.<\/p>\n

Erst k\u00fcrzlich, im Jahr 2022, entwickelte eine Gruppe von Forschern an der Universit\u00e4t Boston eine \u201eminiaturisierte, pr\u00e4zisionsgesteuerte, unidirektionale mikrofluidische Pumpe\u201c<\/em>, auch bekannt als miniPUMP, mit Hilfe des 3D-Bioprinting. Das Erstaunliche an der miniPUMP ist, dass sie dank ihres lebenden Gewebes wie ein menschliches Herz von selbst schlagen kann. Ein wichtiger Schritt, um die Erforschung der Funktionsweise des Herzens und bestimmter Herzkrankheiten voranzutreiben. Dar\u00fcber hinaus wurden in den letzten Jahren weitere erfolgreiche Projekte zur Reproduktion von Organen im kleinen Ma\u00dfstab durchgef\u00fchrt, was darauf hindeutet, dass die Forschung in diese Richtung weitergeht.<\/p>\n

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miniPUMP (Bild: Jackie Ricciardi)<\/p><\/div>\n

Nat\u00fcrlich gibt es bei einer so ehrgeizigen Technologie keinen Mangel an Herausforderungen. Eine der wichtigsten Einschr\u00e4nkungen sind die hohen Kosten, die ihre Entwicklung oft behindern, sowie ethische Fragen. Heute gibt es jedoch neue, mehr oder weniger teure Techniken, die sich allm\u00e4hlich durchsetzen.<\/p>\n

3D-Bioprinting: Verfahren und Techniken<\/h3>\n

Wie bereits erw\u00e4hnt, kann das 3D-Bioprinting in der Medizin<\/a> und der medizinischen Forschung zahlreiche Anwendungen finden. Im Allgemeinen besteht der Prozess, der jeder Anwendung zugrunde liegt, in der Sammlung von Daten, die dann verarbeitet und umgewandelt werden, um ein eigenes Design zu entwickeln. F\u00fcr die Entwicklung von funktionellen Geweben und Implantaten mit menschen\u00e4hnlichen morphologischen und architektonischen Merkmalen ist es oft notwendig, von der Anatomie des Patienten auszugehen.<\/p>\n

Im Gro\u00dfen und Ganzen umfasst der Prozess Folgendes:<\/p>\n

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  • Erfassung von Bildern (CT, MRT usw.) und von patienteneigenen Geweben und Zellen;<\/li>\n
  • Rekonstruktion gesch\u00e4digter Gewebe oder zu reproduzierender Teile mit Hilfe von Software und Bioengineering-Techniken;<\/li>\n
  • Auswahl des am besten geeigneten Biomaterials;<\/li>\n
  • Einbringen der Zellen in das Biomaterial und Herstellung des Druckmaterials;<\/li>\n
  • Auswahl der am besten geeigneten Technologie f\u00fcr die endg\u00fcltige Anwendung.<\/li>\n<\/ul>\n

    Inkjet Biodruck<\/h4>\n

    Eine der bekanntesten 3D-Biodrucktechnologien ist der Inkjet 3D Biodruck. Diese Technologie ist dem traditionellen Tintenstrahldruckverfahren herk\u00f6mmlicher Drucker sehr \u00e4hnlich. Es ist in der Tat m\u00f6glich, einen klassischen Drucker zu modifizieren und ihn in einen 3D-Biodrucker mit Biotinte zu verwandeln. Bei dieser Methode werden Tropfen von Biotinte (auch als Biomaterial oder Biotin bekannt) Schicht f\u00fcr Schicht auf einen Hydrogeltr\u00e4ger oder eine Petrischale aufgebracht. Bei dieser Technologie kommen zwei Verfahren zum Einsatz, das thermische und das piezoelektrische, die beide auf einer Form von Biotin basieren.<\/p>\n

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    Beim thermischen Verfahren wird ein Heizsystem verwendet, das Luftblasen erzeugt, die kollabieren und den notwendigen Druck erzeugen, um die Biotinten-Tr\u00f6pfchen auszusto\u00dfen. Beim piezoelektrischen Verfahren hingegen befindet sich in der D\u00fcse ein piezoelektrischer Keramikkristall. Dieses Material hat die F\u00e4higkeit, sich auszudehnen und zu schrumpfen, wenn ein elektrischer Strom durch es hindurchflie\u00dft. Durch Anlegen eines kleinen elektrischen Stroms zieht sich der Kristall zusammen oder dehnt sich aus und dr\u00fcckt die Tinte aus der D\u00fcse. Ein gro\u00dfer Nachteil dieser Technologie besteht darin, dass sie die Zellmembran besch\u00e4digen kann, was zu Tinten mit geringem Zellgehalt f\u00fchrt.<\/p>\n

    Wissenschaftler haben gro\u00dfe Fortschritte im Inkjet-Biodruck von Zell- und Organstrukturen gemacht, aber auch DNA-Molek\u00fcle wurde erfolgreich reproduziert, wovon die Krebsforschung und \u2013behandlung profitiert. Zellen f\u00fcr die Heilung von Brustkrebs<\/a> wurden bereits gedruckt, wobei man deren Vitalfunktionen erhalten konnte, das er\u00f6ffnet gute Perspektiven f\u00fcr den Druck von lebedigem Gewebe und Organe.<\/p>\n

    Organovo nutzt den Biodruck f\u00fcr die Herstellung von funktionellen menschliche Strukturen. Sie haben sich auf Reproduktion von Lebergewebe spezialisiert, weil die Warteliste f\u00fcr eine Spendeleber in den Staaten sehr lange ist. Das Vorgehen von Organovo ist folgendes: Teile des gesch\u00e4digten Organs werden gedruckt und eingepflanzt, was die Lebensdauer verl\u00e4ngert, so lange bis ein geeigneter Spender gefunden ist. Das kann teilweise bis zu mehreren Jahren dauern.<\/p>\n