Ersatz-Organe aus dem 3-D-Drucker : „Es ist, wie mit Lego zu spielen“

Der Gewebezüchter Anthony Atala hat ehrgeizige Pläne: Er will transplantierbare Gewebe und Organe mit dem 3-D-Drucker erzeugen. Auch in Berlin soll es ein Labor geben. Ein Gespräch am Rande des Hauptstadtkongresses.

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ein gedrucktes Ohr
Ein Anfang. Knorpelgewebe wie in einem Ohr zu drucken ist für Atala nur der erste Schritt.Foto: Wake Forest Baptist Medical Center

Sie werden beim Hauptstadtkongress über die Zukunft der Medizin sprechen. Was ist Ihre Vision?
Mir geht es um personalisierte Medizin. Wie man die Möglichkeiten des Körpers nutzen kann, um sich von einem Leiden zu erholen und Organe zu regenerieren.

Ihre Gruppe hat vor Kurzem gezeigt, dass man lebendes Gewebe drucken kann: ein kleines Ohr, einen Teil des Kieferknochens und Muskelgewebe. Wie geht das?

Wir haben vor 14 Jahren damit angefangen, uns mit dem 3-D-Druck zu beschäftigen. Damals hatten wir bereits Gewebe produziert und einigen Patienten eingepflanzt, aber diese waren „handgemacht“. Wenn man vielen Kranken helfen will, muss man den Prozess automatisieren. Wir haben also zunächst versucht, normale Drucker für unsere Zwecke umzubauen. Statt Tinte haben wir in Hydrogel verpackte Zellen benutzt, der Druckknopf hat sich mit jeder Lage nach oben verstellt und so eine dreidimensionale Struktur erzeugt. Aber die Ergebnisse waren nicht robust genug, um in den Körper eingepflanzt zu werden. In den letzten elf Jahren haben wir daher ein neues Drucksystem entwickelt, das gleichzeitig für die nötige Festigkeit sorgt. Dieses System nutzt fünf verschiedene Strategien, um Gewebe zu produzieren, das nach einer Transplantation im Körper überleben kann. Diese Technik haben wir in „Nature Biotechnology“ vorgestellt.

Welche Hürden mussten Sie überwinden?

Für einen besonders präzisen Druck ist eine sehr kleine Düse nötig. Sie sollte einen Durchmesser von ein bis zwei Mikrometern haben. Das ist 80 Mal kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haares. Die nächste Herausforderung war, dass die Zellen durch die Passage dieser Engstelle und den Aufprall nicht verletzt werden dürfen. Sie werden also eingebettet in eine Flüssigkeit, die zu einem Gel wird, sobald sie auf der Oberfläche aufkommt. Das ist die Bio-Tinte. Die dritte Schwierigkeit ist, dass das Organ strukturelle Integrität braucht. Deshalb nutzen wir zwei verschiedene Sorten von Bio-Tinte. Die eine ist hart und enthält eine Art Plastik. Sie verleiht das Gerüst. Die andere ist besonders weich und enthält die Zellen. Es ist ein bisschen, wie mit Lego zu spielen, aber ein Block ist hart und der nächste weich. Und schließlich mussten wir sicherstellen, dass es sehr kleine Mikrokanäle in der ganzen Struktur gibt. Darin können sich feinste Blutgefäße bilden. Diese Kapillaren sind wie eine Autobahn, die die Versorgung mit Nährstoffen bis in das Zentrum des Organs sicherstellt.

Das Plastikmaterial zersetzt sich?

Natürlich. Die harten Bausteine lösen sich mit der Zeit auf und die Zellen übernehmen ihre Funktion.

Sie haben die Mikrokanäle erwähnt. Ein lebendes Organ braucht ein sehr feines und komplexes Netz aus Blutgefäßen, um genügend Nähr- und Sauerstoff zu bekommen. Ist dieses Netz bereits fein genug? 

Wir haben im Laufe der Jahre gesehen, dass die Kapillaren maximal 200 Mikrometer voneinander entfernt sein dürfen. Das ist nicht viel und wirklich die Obergrenze. Durch die Mikrokanäle ist die gedruckte Struktur aber wie ein Schwamm. Die Nährstoffe gelangen also überall hin. Wenn sie in den Körper eingepflanzt wird, können die Kapillaren sich darin ausbilden und die Aufgabe übernehmen.

Wann wollen Sie diese Technik am Menschen erproben?

Wir machen gerade die Vorarbeiten für die amerikanische Zulassungsbehörde FDA, um mit einer klinischen Studie zu beginnen. Wann das sein wird, können wir nicht vorhersagen. Selbst wenn wir so weit sind, ist es die Zulassungsbehörde, die grünes Licht geben muss.

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