15.09.2018

Davon träumen nicht nur Patienten

Organe aus dem 3D-Drucker

Foto: med2help / pixelio.de

Forschern der Hochschule München ist es jetzt erstmals gelungen, mit Hilfe eines Femtosekundenlasers lebende menschliche Zellen ohne Verunreinigung oder genetische Schäden in 3D auf ein Glasplättchen zu drucken.

Lebende menschliche Zellen
Die Wirklichkeit ist zu schnell, um sie zu begreifen. Im Mikrosekundentakt schießt eine winzige Fontäne aus dem Probenbehälter und trifft auf ein mit Gel beschichtetes Glasplättchen. Innerhalb weniger Sekunden entsteht eine dreidimensionale Struktur aus lebenden menschlichen Zellen

Schneller als das menschliche Auge
Um Details erkennen zu können, braucht man Zeitlupenaufnahmen. Prof. Heinz P. Huber von der Fakultät für Angewandte Naturwissenschaften und Mechatronik der Hochschule München sitzt mit seinem Team vor dem Monitor und betrachtet die Abläufe in Slow-motion: „Wir können hier sehen, wie die Lichtpulse des Femtosenkundenlasers die Flüssigkeit im Probenbehälter anregen und sich unter der Oberfläche eine undurchsichtige Plasma-Blase bildet“, erklärt der Physiker. Wenige Augenblicke später explodiert die Blase und eine Fontäne, dünner als ein Haar, schießt mit 50 Stundenkilometern nach oben. Dieser „Jet“ besteht aus winzigen Wassertröpfchen, und diese enthalten lebende Zellen.

Drucken in hoher Auflösung
„Mit diesem Jet können wir Zellstrukturen drucken“, erläutert Jun Zhang, der gerade eine Doktorarbeit über die neue Technik schreibt: „Die Anlage lässt sich so steuern, dass die Zellen in einer Ebene, aber auch drei-dimensional und in hoher Auflösung aufgebracht werden können. So entstehen Keimzelle für neues Gewebe.“

Implantate aus körpereigenen Zellen
Je nachdem, welche Zellen auf das Glasplättchen aufgedruckt werden, bildet sich Haut-, Herzmuskel- oder Knorpelgewebe. Zhang arbeitet derzeit mit Sehnen-Zellen. Aus denen will er, zusammen mit den Medizinern an der Universität Regensburg, künstliche Sehnen für Implantate herstellen. Weil diese aus körpereigenen Zellen der Patienten gewonnen werden können, sind keine Abstoßungsreaktionen zu befürchten. Bis Patienten mit Sehnenverletzungen von der neuen Technik profitieren, wird allerdings noch einige Zeit vergehen. „Noch sind wir in der Entwicklungsphase“, betont Huber.

Drucken ohne Nebenwirkungen
Schon seit Jahren wetteifern Forscherteams auf der ganzen Welt um die beste Technik zur Herstellung von künstlichem Gewebe, englisch Tissue Engineering. Ziel ist es, im Labor Gewebeersatzmaterialien zu erzeugen, die in Aufbau und Funktion identisch sind mit menschlichem Gewebe. Aus diesem sollen dann Implantate aber auch Gewebeproben für die Untersuchung neuer Wirkstoffe hergestellt werden. „Es gibt mittlerweile mehrere Druck-Verfahren, bisher hat jedoch keines die hohen Erwartungen erfüllt“, erklärt Huber.

Fitnessprogramm für Gewebe
Im nächsten Schritt wollen die Physiker zusammen mit Medizinern und Biologen die aufgedruckte Zellstruktur in echtes Sehnengewebe verwandeln. Die Arbeit ist Teil des Forschungsprojets CANTER, die Abkürzung steht für „Centrum für Angewandtes Tissue Engineering und Regenerative Medizin“, in dem 15 Partner, darunter die Hochschule München, die TUM, die LMU und die Universität Regensburg, interdisziplinär kooperieren. Eines ist bereits klar: Damit die Zellen sich nicht nur vermehren, sondern auch so organisieren wie im menschlichen Körper, müssen die Umgebungsbedingungen stimmen: Benötigt werden gleichmäßige Temperaturen um die 37 Grad, Nährstoffe, Wachstumsfaktoren, Collagen und ein ausgetüfteltes Trainingsprogramm – nur wenn Sehnenzellen ständig bewegt werden, verwandeln sie sich in ein Gewebe, das den Belastungen im menschlichen Körper standhält.

Quelle: DeutschesGesundheitsPortal


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