Durch 3D Drucker Organe könnte vielen Menschen geholfen werden

3D Drucker Organe könnten viele Menschenleben retten

3D Drucker Organe könnten Patienten vor einer langen, vielleicht endlosen Wartezeit auf ein neues Organ, bewahren. Bis dies Realität ist, werden aber wahrscheinlich noch ca. 10 bis 20 Jahre vergehen.

Das 3D Drucken eines kompletten Organs welches nicht vom eigenen Körper abgestoßen wird, stellt sich dabei als höchst komplexe Aufgabe dar.

Für die Entwicklung muss interdisziplinäres polytechnisches Wissen (alle Diszplinen jeder Wissenschaft umfassend) mit den neuesten Fertigungstechnologien verbunden werden.

 

 

 

 

Wie ein Biodrucker funktioniert

Biodrucker führen sogennanten 3D Biodruck durch. Damit können die 3D Biodrucker Gewebe und menschliche Organe durch das Erschaffen von neuen, lebendigen Zellen, herstellen. Die Technik steht jedoch noch am Anfang, langfristig sollen so künstliche Ersatzorgane aus dem 3D Drucker geschaffen werden, die Spenderorgane quasi nutzlos machen.

Organe wie Herz oder Lunge, die nicht einfach gespendet werden können, sollen ebenfalls aus dem 3D Biodrucker erschaffen werden können. Meistens wird im 3D Biodruck mit einem gelartigen Druckmaterial gearbeitet. Über seinen Druckopf gibt der Biodrucker nach und nach etwas Druckmaterial ab, während er in X,Y oder Z Richtung additiv dünne Schichten druckt.

Bei dem Druckmaterial handelt es sich aber hier nicht um ein Kunststoff Filament oder Harz als Druckmaterial, ein 3D Biodrucker verwendet sogennante Biotinte für den 3D Druck. In der Biotinte enthalten sind Zellen, meist Stammzellen von Menschen, und Biopolymere.

Bei Biopolymeren handelt es sich um Polymere, die in der Zelle eines Lebewesens synthetisiert werden und damit für das Entstehen von neuen Organismen verantwortlich sind. Ein besagtes Polymer und gelichzeitig gelartiges Druckmaterial ist das sogennate Hydrogel.

Wie die Funktionswese eines Biodruckers funktioniert

Wie ein 3D Drucker funktioniert

Der gelartige Stoff besteht zu großen Teilen aus Wasser, lässt sich aber nicht in Wasser lösen und besitzt einen dreidimesnionalen Aufbau aus Makromolekülen. Bei Einsatz von Lösungsmitteln quilt Hydrogel auf, verliert aber dennoch nicht seinen Zusammenhalt. Bei mechanischen Kräften verflüssigt sich das Gel dagegen.

Diese Biotinte verarbeitet der Biodrucker anschließend tröpchenweise. Die im Gel enthaltenen Zellen sollen so langsam aber sicher zusammenfinden und die Struktur des Gewebes oder Organs herstellen. Während Biodrucker also deutlich langsamer als herkömmliche 3D Drucker drucken und meist viel mehr Platz benötigen, sind Sie sich in anderen Dingen wieder ähnlicher:

Auch beim Biodrucker gibt es vorliegende CAD Daten und ein Druckbrett, die Bedieunung verläuft ebenfalls über einen computer, welcher bei Biodruckern allerdings extern und nicht verbaut ist. Zudem ist es noch essentieller, dass mit optimaler Drucktemperatur gedruckt wird. Während eine falsche Drucktemperatur auch beim normalen 3D Druck wirklich nicht optimal ist und zu optischen Fehler auf der Oberfläche bis zur Instabilität führen kann, kann beim Biodruck die korrekte Funktion eines Organs nicht mehr gewährleistet.

 

 

 

Die Herausforderung beim 3D Biodrucker

Einzelne Stammzellen, welche aus dem 3D Biodrucker gedruckt wurden

Stammzellen aus dem 3D Biodrucker.

Diese 3D Biodrucker sind in der Lage bei Einsatz von einem korrekt zusammengesetzen Gel, Gewebe oder in Zukunft ganze Organe aus dem 3D Drucker herzustellen.

Die größte Herausforderung besteht hierbei in der Findung einer korrekten Gelzusammensetzung.

Das zusammengesetze Gelartige muss dabei hart genug sein um später in einer festen Form zu bleiben, gleichzeitig aber auch weich genug sein um durch die Drüsen des 3D Biodruckers gedruckt werden zu können.

Gleichzeitig muss das Gel hitzebeständig sein, da die Hitze beim Druckvorgang sonst die im Gel erhaltenen Stammzellen zerstört.

 

 

 


3D Drucker Organe aus dem Biodrucker – Bisherige Erfolge

Entgegen vieler Vorstellungen gibt es aber bereits bahnbrechende Erfolge bei Organen aus dem 3D Drucker. Die Universität Newcastle hat beispielsweise innerhalb von zehn Minuten eine künstliche Hornhaut durch die Stammzellen einer gesunden Hornhaut, sowie den Zusatz von Alginat (Salz der Alginatsäure) und Kollagen (Eiweiß im Körper) entwickelt. Nach Abschluss des Druckes vermehrten sich die Stammzellen wie in einer nomalen Hornhaut.

Diese Aktie hat mit 3D Printer Organen zu tun

Beim Biodruck vermischen Gel und Stammzellen

Das staatlich geförderten Projekt „5-100“ der polytechnischen Universität St. Petersburg und des Institutes für Zytologie der Russischen Akademie der Wissenschaften ist dagegen eher darauf bedacht, traumatisierte und zerstörte Organe zu reparieren.

Dafür verwendet die Uni ein poröses Druckmaterial aus Citosin (Nukleinbase aus der DNA) und Kollagen, welches die zerstörten Knochenteile reparieren soll.

Das Druckmaterial ist dabei mit Zellen der zu reparierenden Organe gefüllt und wird in diese eingeführt. Das Organ denkt dabei, dass es sich um körpereigene Stoffe handelt, die Fremdkörper werden dadurch also nicht abgestoßen.

Mit fortschreitender Zeit zersetzt sich das Druckmaterial im Organ und das körpereigene Gewebe nimmt das künstliche Gewebe auf und ersetzt es gegebenenfalls.

Andere präklinische Studien, welche nichts mit 3D Bioprinting zu tun haben, zeigen, dass ein in Knochen eingebetteter Kollagenschwamm sich nach einiger Zeit langsam zersetzt, gleichzeitig aber von natürlichem Knochengewebe bewachsen wird. Es kam also ähnlich wie bei den Experimenten der Uni St. Petersburg zu einer Stimulation der Wiederherstellung von natürlichem Gewebe.

Trotz all der bisherigen Erfolge muss beachtet werden, dass es unzählige Studien und Tests braucht, sodass das Risiko bei einer 3D Drucker Organe Transplatation minimiert werden kann.

 

 

 

Ein Herz aus dem 3D Drucker – Der bisher größte Erfolg im Biodruck

Ein Herz aus dem 3D Drucker hergestellt

Symbolbild: Herz aus dem 3D Drucker

Israelischen Forschern ist es 2019 gelungen ein Herz zu drucken. Hierbei handelt es sich um einen Prototypen aus menschlichem Gewebe, leider ist die Implantation jedoch noch ein ganzes Stück entfernt. Über genaue Fortschritte sprechen die Forscher ihrem Fachblatt „Advances Science“.

Sogenannte pluriponte Stammzellen bildeten den Grundstein. Hierbei handelt es sich um dem Menschen entnommene Fettzellen, die in Stammzellen, genauer gesagt Herzmuskel- und Endothelzellen, umgewandelt wurden.

Das ist aber noch nicht der Meilenstein. Diverse Retransformationen werden in der Medzin mittlerweile des Öfteren verwendet. Vereinfacht erklärt ist es also möglich, bereits spezialisierte Zellen (Fettzellen) wieder zu allgemeinen Zellen (Stammzellen) zu machen, die man anschließend wieder spezialisieren kann.

Diese Zellen wurden anschließend einem ähnlichen Gel beigemischt, wie es bereits aus vorherigen Erfolgen bekannt ist. Die Hermuskelzellen und die Blutgefäßzellen wurden vermischt, sodass es einem 3D Biodrucke möglich war, schichtweise eine murmelgroße herzähnliche Struktur zu drucken. Das Mini Herz schlägt allerdings leider noch nicht.

Revolutionär an diesem Organ aus dem 3D Drucker ist der Erfolg der Wissenschaftler, ein Herz mit so gut wie keinen Zusätzen, sondern nur mit dem menschlichen Gewebe eines Spenders zu erschaffen, sodass Abstoßreaktionen vermieden werden könnten.

 

 

 

Wo Biodruck in Zukunft eingesetzt wird

Neben dem Einsatz in der Medizin und der Molekularbiologie ist auch die Lebensmittelproduktion ein denkbarer Anwendungsbereich. Mögliche Anwendungszwecke in der Medizin wurden bereits hinreichend erläutert, 3D Drucker Organe sollen Spender ersetzen und langfristig das Leben der Menschen verlängern.

In der Medzin könnten aber nicht nur Organe die Entwicklung vorantreiben, auch sich selbst anpassbare Prothesen, Implantaten, Knorpel und Knochen könnten mit 3D Biodruck stetig weiterentwickeltund verbessert werden. 3D Biodrucker machen aber nicht nur in der Medizin Sinn. Lebensmittel, insbesondere Fleisch könnte nun gedruckt werden. Un dies schneller, rein pflanzlich und womöglich ähnlich gut schmeckend.

Mit Beyond Meat erlebt die Fleischersatz Branche wieder ein neues Hoch, die Produkte sind äußerst beliebt und wohl ausgespochen lecker. Eine ähnliche Idee hatte Giuseppe Scionti.

Die Struktur des Fleischs aus dem Biodrucker sollte dabei rindfleischähnlich sein, die Nährwerte und Geschmack aus Pflanzenproteinen gezogen werden, das eigentliche Produkt sollte aber automatisert gedruckt werden. Zudem soll der Fleischersatz ressorcenschonender als „herkömmliches Fleisch“ sein.

Biodrucker erschaffen 3D Drucker Fleisch

Fleisch aus dem 3D Drucker.

Gravierende Fortshritte macht hier das spanische Start Up Novameat. In nur zehn Minuten druckt ein kompakter 3D Biodrucker von Sciontis Firma essbare Steaks. Ein gelartige roten Paste dient dem 3D Biodrucker als Druckmaterial, die Inhaltstoffe sind allesamt umweltfreundlich.

Der Preis ist mit ca. 25 Euro pro Kilogramm auch nicht mehr das größte Problem und wird durch Skalierungsmöglichkeiten wohl noch deutlich gedrückt werden können. Im Gegensatz zu Beyond Meat, was wohl einige Fans wegen des Geschmacks hat, ist bei Nova Meat der Geschmack noch überhaupt nicht überzeugend, in Zusammenarbeit mit Ernährungsspezialisten soll dies aber geändert werden.

 

 

 

Organovo – Die 3D Drucker Organe Aktie

Organovo ist die 3D Drucker Organe Aktie

Die 3D Drucker Organe Aktie Organovo

Organovo ist ein inUS-amerikanisches medizinisches Labor- und Forschungsunternehmen, welches 2007 gegründet wurde und seit 2012 an der Nasdaq gehandelt wird. Das Unternehmen hat seine Hauptsitz in San Diego und nutzt für den eigens entwickelten Biodrucker NovoGen MMX für 3D Drucker Organe. Oraganovo ist dabei in der Lage menschliches Gewebe zu entwickeln und besitzt bereits über eine Technolgie mit der 3D Printer Organe drucken können sollen.

2015 wurde eine Vereinbarung mit dem Kosmetikhersteller L`Oreal über den Test von Kosmetikprodukten an eigens entwickelter Haut zu testen. Auch wenn das Unternehmen noch keine Gewinne schreibt und die 3D Drucker Organe Aktie dieses Jahr eine negative Perfomance hingelegt hat, sollte man das Unternehmen dennoch im Auge behalten.