3-D-Drucker : Künstliches Gewebe imitiert Zellfunktion

Britische Wissenschaftler stellen ein Netzwerk aus tausenden fettumhüllten Wassertropfen vor. Es leitet elektrische Signale und ahmt Muskelbewegungen nach.

Jan Oliver Löfken
Künstlich. Fettumhüllte und angefärbte Wassertröpfchen bilden eine neuartige, weiche Masse. Foto: Univ. Oxford
Künstlich. Fettumhüllte und angefärbte Wassertröpfchen bilden eine neuartige, weiche Masse.Foto: Univ. Oxford

Modelle von Häusern, Bauteile aus Plastik oder Metall und sogar Kekse und Chips können mit 3-D-Druckern gefertigt werden. Selbst an künstlichen Organen aus gedruckten Stammzellen wird gearbeitet, auch wenn eine medizinische Anwendung weit in der Zukunft liegt. Ganz ohne lebende Zellen kommt nun ein gedrucktes Netzwerk aus umhüllten Wassertröpfchen aus, das dennoch biologische Funktionen erfüllen kann. Wie britische Forscher in „Science“ berichten, kann ihr künstliches Gewebe elektrische Signale wie Nervenzellen leiten und muskelähnliche Bewegungen ausführen.

„Wir fügten bis zu 35 000 Tröpfchen zu Netzwerken zusammen“, sagt Hagan Bayley von der Universität Oxford. Aus der Düse eines modifizierten 3-D-Druckers spritzten die Forscher ein Tröpfchen pro Sekunde in einen deutlich größeren Öltropfen. Stück für Stück entstand so ein flexibles Netzwerk, das in seiner Konsistenz dem weichen Gewebe von Organen oder Hirnmasse ähnelte. Jeder Tropfen wurde dabei von einer dünnen Schicht aus Fettmolekülen umhüllt, analog zu der Membran um eine lebende Zelle.

Das Drucken dieser weichen und wässrigen Masse allein wäre noch kein großes Kunststück. Daher fügten Bayley und Kollegen zusätzlich biologische Membranproteine in die dünne Hülle der Tröpfchen. So ausgestattet konnte das künstliche Gewebe elektrische Signale ähnlich wie lebende Nervenzellen leiten. Über porenartige Öffnungen waren die Tröpfchen sogar fähig, Flüssigkeiten über Osmoseprozesse auszutauschen. Das ermöglichte kleine Bewegungen und Formänderungen. Ein flach ausgedrucktes Netzwerk etwa konnte sich selbstständig zu einer kugelförmigen Struktur falten.

Gekrümmt. Das gedruckte Gewebe aus Wassertröpfchen kann sich über osmotische Prozesse verformen. Foto: Univ. Oxford
Gekrümmt. Das gedruckte Gewebe aus Wassertröpfchen kann sich über osmotische Prozesse verformen.Foto: Univ. Oxford

Mit der Weiterleitung von elektrischen Reizen und osmotischen Bewegungen kann das gedruckte Kunstgewebe erste, rudimentäre Zellprozesse nachahmen. Diese Fähigkeiten könnten etwa für die gezielte Freisetzung von Medikamenten im Körper eines Patienten genutzt werden, hoffen die Forscher. Die weitaus komplexeren Vorgänge in echten Organen wird dieses künstliche Gewebe allerdings kaum übernehmen können.

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