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3D-Druck in der Medizin: Gel-Gehirn aus dem 3D-Drucker löst Rätsel um Furchenbildung

Forscher der Biophysik haben mit Hilfe der 3D-Modellierung und eines 3D-Druckers das Rätsel um die Furchenbildung am Gehirn gelöst. In einem Forschungsbericht widerlegen die Wissenschaftler die bisherige Theorie. Geholfen hat den Forschern dabei auch ein Gel-Gehirn, welches mit Hilfe von 3D-Druck entstanden ist.

Eine internationale Physiker-Gruppe konnte mit einem Gel-Gehirn aus dem 3D-Drucker die Furchenbildung des Gehirns erklären. Die Forscher berichteten im Fachmagazin „Nature Physics“ (zum Artikel (30€, .pdf)) über ihre gewonnenen Kenntnisse. Nach ihren Worten seien allein physikalische Kräfte für die Furchenbildung des Gehirns bei einem heranwachsenden Fötus verantwortlich.

Gehirn aus Gel

Für bessere Forschungsergebnisse wurde das Gehirn von einem Fötus mit Hilfe von 3D-Druck 1:1 nachgebaut. Das Gehirn ist aus Gel (Bild © Mahadevan Lab/Harvard SEAS).

Wie Tuomas Talinn von der finnischen Universität Jyväskylä mit seinen amerikanischen und französischen Kollegen schreibt, führt das schnelle Wachstum des menschlichen Gehirns begleitet von Faltungen zu einer extrem gewundenen Struktur. Die Physiker nutzten für die Herstellung des Gel-Gehirns aus dem 3D-Drucker Kernspinresonanzaufnahmen eines Fötus in der 22.Schwangerschaftswoche. Zu diesem Zeitpunkt besitzt das Gehirn noch eine zum Großteil glatte Oberfläche.

Auf das Gel-Gehirn wurde eine dünne Schicht eines biegsamen Kunststoffs aufgetragen, wie die graue Masse eines realen Gehirns. Das 3D-Gehirn wurde anschließend in ein flüssiges Lösungsmittel getaucht, worauf die Gel-Masse anschwoll und zu starken Kompressionskräften führte.

Das Gel faltete sich auf dem begrenzten Raum mit zahlreichen Windungen und Furchen, die eine beeindruckende Ähnlichkeit mit einem echten Gehirn aufwiesen. Zugleich wurden Simulationen durchgeführt, die zum gleichen Ergebnis wie mit dem Gel-Gehirn führten. Bislang ging die Forschung davon aus, dass die Furchenbildung vor allem durch biologische, chemische und genetische Faktoren entstand.

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