Forscher aus Harvard setzen 3D-Druck erfolgreich zur Herstellung schlagender Herzmuskelstrukturen ein

Marcel Thum

vor 2 Jahren

Entwicklung einer speziellen Tinte für den 3D-Druck: In den letzten zehn Jahren hat der 3D-Druck immer wieder neue Möglichkeiten in der Biotechnologie eröffnet. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Entwicklung von Herzgewebe und -strukturen. Die dabei verfolgten Ziele sind vielfältig: Neben verbesserten in-vitro-Plattformen für die Entdeckung neuer Therapien gegen Herzkrankheiten, der führenden Todesursache in den USA, steht insbesondere die individuelle Patientenversorgung im Fokus. Die Idee dahinter: Mithilfe von 3D-gedrucktem Herzgewebe können Behandlungen getestet und auf ihre Wirksamkeit hin bewertet werden. Eine längerfristige Vision besteht darin, implantierbare Gewebe zu produzieren, die in der Lage sind, fehlerhafte oder erkrankte Strukturen im Herzen eines Patienten zu reparieren oder zu ersetzen.

Gelatinfasern ermöglichen koordinierte Kontraktion von Herzzellen

Schlagendes Herzgewebe aus dem 3D-Drucker — Dieses hochauflösende Bild zeigt eine mittels 3D-Druck hergestellte Herzstruktur, die in der Lage ist zu schlagen. Mit einer Detailgenauigkeit von bis zu 2 mm kann man deutlich die organisierte Anordnung der Herzmuskelzellen erkennen, die durch den Einsatz von spezieller, mit Gelatinfasern angereicherter Tinte erreicht wurde. Die Struktur ahmt die komplexe Beschaffenheit und Funktionalität eines echten Herzventrikels nach und unterstreicht das enorme Potential des 3D-Drucks in der biomedizinischen Forschung und Anwendung (Bild © Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences).

In einer in Nature Materials veröffentlichten Studie mit dem Titel „Fibre-infused gel scaffolds guide cardiomyocyte alignment in 3D-printed ventricles“ berichten Forscher der Harvard John A. Paulson School of Engineering und Applied Sciences (SEAS) nun von einem bedeutenden Fortschritt: Sie haben eine neue Hydrogel-Tinte entwickelt, die mit Gelatinfasern angereichert ist und den 3D-Druck eines funktionsfähigen Herzventrikels ermöglicht. Dieser ventrikuläre Druck kann die Kontraktionen eines menschlichen Herzens nachbilden. Die gelatinfaserhaltige Tinte, kurz FIG-Tinte, ermöglicht es, Herzmuskelzellen in Form eines Ventrikels zu drucken, die sich dann ausrichten und koordiniert schlagen, ähnlich wie in einer menschlichen Herzkammer.

Suji Choi, Forschungsassistentin an der SEAS und Erstautorin der Studie, erklärt in einer Mitteilung der Universität:

„Menschen haben schon lange versucht, Organstrukturen und -funktionen zu replizieren, um die Sicherheit und Wirksamkeit von Medikamenten zu testen. Mit unserer Technik gelingt es uns nun erstmals, die für die Kontraktion des Herzmuskels verantwortlichen Kardiomyozyten mithilfe des 3D-Drucks in einer physiologisch relevanten Ausrichtung anzuordnen.“