Der Knochen, der aus dem Drucker kam

3D-Drucker erzeugen menschliche Ersatzteile

22.04.2015 Drucken ist auch nicht mehr das, was es einmal war. Seit der Erfindung des 3D-Druckes experimentiert die Industrie mit interessanten Möglichkeiten der Technologie.

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Entsteht hier der Ersatzteil-Automat für Menschen? (Bild: Oleksiy Mark – Fotolia.com)

Anfangs nur für den Bau von Prototypen eingesetzt, träumten Hersteller schon bald von Produkten der Losgröße 1 und Anlagen-
betreiber liebäugelten mit einem Ersatzteildrucker auf dem eigenen Werksgelände. Jetzt hat auch die Medizin einen regelrechten Game-changer postuliert: Wissenschaftler aus Freiburg arbeiten aktuell an einer Methode, mit der sie menschliche Knochen inklusive Gefäßzellen mithilfe eines 3D-Druckers erzeugen wollen. Verbunden mit dem Blutkreislauf des jeweiligen Patienten, sollen so Ersatz-Knochen mit durchblutetem Gewebe entstehen – und damit einen vollwertigen Ersatz des Originals darstellen.

Ansatz Endothelzellen
„Bei der Entwicklung von künstlichem Knochengewebe ist die Frage der Blutversorgung noch immer weitgehend ungelöst. Dadurch ist sowohl die Größe als auch der Typ des Gewebes stark beschränkt“, erklärt Prof. Dr. Günter Finkenzeller, Forschungs-Sektionsleiter an der Klinik für Plastische und Handchirurgie des Universitätsklinikums Freiburg, den Stand der Dinge und damit die gesetzte Problemstellung seiner Forschung. Er leitet das Projekt gemeinsam mit Dr. Peter Koltay, leitender wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK) der Universität Freiburg. Ihr Ansatz greift bei den sogenannten Endothelzellen, von denen bereits bekannt ist dass sie die Blutversorgung von künstlich erzeugtem Gewebe verbessern können. Bisher allerdings stirbt ein Großteil der Knochenzellen – bedingt durch Sauerstoffmangel – bevor die Zellen die überlebenswichtigen Gefäße gebildet haben. „Unser Ansatz sieht vor, dass wir die Endothelzellen genauso wie die Knochenzellen per 3D-Druck im Gewebe an die Stelle platzieren, wo sich die Gefäße ausbilden sollen“, kommentiert Finkenzeller. „Die Gefäße des künstlichen Gewebes könnten dann zeitnah nach der Operation mit den Gefäßen des umgebenden gesunden Gewebes zusammenwachsen und so die Blutversorgung des Kunstgewebes sicherstellen.“

Nicht nur Knochen
Kleine, vergleichsweise einfach aufgebaute Gewebeeinheiten können schon heute mittels Spezialdruckern entstehen. Dazu entnehmen die Wissenschaftler einem Körper Zellen, vermehren diese in einer Nährlösung und bringen diese mittels 3D-Drucker in eine Trägermatrix ein. Diese können sie dann theoretisch implantieren. Knochen sind dabei nur ein erster Schritt in der Forschungsarbeit: Für den Fall dass das Verfahren die darin gesetzten Erwartungen erfüllt, wollen die Wissenschaftler damit künftig auch größere Kunstgewebe drucken – bis hin zu kompletten Organen. Eine klinische Bedeutung ihrer Entwicklung erwarten die Projektbeteiligten innerhalb der nächsten fünf bis sieben Jahre, wobei Produktion und anschließende Implantation noch etwas länger auf sich warten lassen werden, so die Erwartung Finkenzellers: „Noch müssen zentrale Fragen der Gewebe-Abstoßungs-Reaktion geklärt werden.“[pb]

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Und hier zum Institut für Mikrosystemtechnik.

Heftausgabe: Mai 2015
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Über den Autor

Philip Bittermann, Redaktion
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