US-Forscher von der University of California haben eine Technik entwickelt, mit der sie 3D-Modelle aus lebensechtem Gewerbe mit dem 3D-Drucker herstellen wollen. Die gedruckten Modell sollen zum Beispiel Tumore enthalten und als Grundlage für Medikamententests dienen. Tierversuche wären damit zukünftig überflüssig. Ziel der Forscher war es das Verfahren so zu entwickeln, dass es quasi auch ohne große Expertise im 3D-Druck von jedem Labor angewendet werden kann.

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Ein Bioingenieurs-Team der University of California (UC California) hat eine neue für Anwender leicht nutzbare 3D-Biodrucktechnik entwickelt, mit der lebensechtes Gewebe aus natürlichen Materialien hergestellt werden kann. Die Forscher druckten als Beweis, dass das neuartige Verfahren funktioniert, ein 3D-Blutgefäßnetzwerk mit ihrem 3D-Biodruckverfahren.

Wie die US California in ihrer Pressemitteilung berichtet, kann das 3D-Blutgefäßnetzwerk ein Brustkrebstumor und das Modell eines vaskularisierten menschlichen Darms außerhalb des Körpers am Leben erhalten. Diese künstlich erzeugten Organmodelle sollen es ermöglichen sie zu untersuchen oder für das Screening von medizinischen Mitteln einzusetzen.

Tierversuche wären dann nicht mehr notwendig

3D-Druck organischer Substanzen
3D-Druck organischer Substanzen unter dem Mikroskop (Bild © Screenshot: 3D-grenzenlos Magazin; Videoquelle: JacobsSchoolNews/Youtube).

Wie Michael Hu, Doktor der Biotechnologie, in der Pressemitteilung erklärte, möchte man es Wissenschaftlern des Alltags, die nicht über die andere 3D-Drucktechniken erforderlichen Spezialisierung verfügen, es erleichtern, 3D-Modelle aus allen menschlichen Geweben herzustellen und sie zu untersuchen. Hu erläuterte außerdem, dass die Modelle fortgeschrittener als Standard 2D oder 3D-Zellkulturen wären und für den Menschen wichtiger seien, wenn es um die Erprobung neuer Medikamente geht. Tierversuche wären dann nicht mehr notwendig.

Die neue 3D-Biodruck-Methode lässt sich denkbar einfach einsetzen. Für den Aufbau des bereits erwähnten 3D-Blutgefäßnetzwerks entwerfen Wissenschaftler im Vorfeld ein Gerüst mit Autodesk. Im Anschluss wird mit einem normalen 3D-Drucker das Gerüst aus einem wasserlöslichen Material mit der Bezeichnung Polyvinylalkohol additiv hergestellt. Danach wird eine dicke Schicht natürlichen Materials über das Gerüst gegossen und das Gerüstinnere ausgespült, wodurch die hohlen Blutgefäßkanäle gebildet werden.

Details zu dem Verfahren

In einem nächsten Schritt werden die Innenseiten der Kanäle mit Endothelzellen überzogen, welche die Blutgefäß-Innenseiten auskleiden. Abschließend werden Zellkulturmedien durch die Gefäße geleitet, damit die Zellen am Leben erhalten bleiben und wachsen. Für die Gefäße wurden natürliche Materialien gewählt, die auch der menschliche Organismus beherbergt, wie Matrigel oder Fibrinogen.

Die Wissenschaftler nutzten die künstlichen Blutgefäße, um Brustkrebs-Tumorgewebe außerhalb eines Menschen am Leben zu erhalten. Von Mäusen extrahierte Tumore wurden in ein paar Stücke in die Blutgefäßnetzwerke eingebettet. Andere Stücke sind in einer Zellkultur aus einem Standard-3D-Drucker am Leben gehalten worden. Die Tumorgewebe in den 3D-Blutgefäßen lebten nach drei Wochen noch, während die Standard-3D-Zellkulturen verstarben.

3D-gedruckte Tumormodelle zur Erforschung neuer Krebsmedikamente

Mali Lab
Das Bild zeigt Amir Dailamy aus dem 3D-Bioprinting Labor „Mali Lab“ der UC California (Bild © UC California).

Hu hofft, dass das System hilft, Tumormodelle herzustellen, mit denen Krebsmedikamente außerhalb des Körpers getestet werden können. In einer zweiten Versuchsreihe schufen die Forscher ein vaskularisiertes Darmmodell, dass sich aus zwei Kanälen zusammensetzte.

Der erste Kanal war eine gerade Röhre, die mit Darmepithelzellen ausgekleidet war, um einen Darm nachzuahmen. Bei dem zweiten Kanal handelte es sich um ein Blutgefäßkanal. In einem Zeitraum von zwei Wochen sind von den Kanälen realistischere Morphologien entwickelt worden. Der Darmkanal hatte etwa begonnen, Zotten zu wachsen, die der Auskleidung der Innenseite der Darmwand dienen.

Die Technik wird vom Team verbessert und erweitert. In Zukunft werden sich die Arbeiten auf die Optimierung gedruckter Blutgefäße und die Entwicklung vaskularisierter Tumormodelle fokussieren. Über die weitere Entwicklung werden wir auch weiterhin im 3D-grenzenlos Magazin berichten (jetzt Newsletter abonnieren).

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