Forscher der Universität Utrecht haben ein Projekt vorgestellt, bei dem Knorpel mit einem 3D-Drucker hergestellt werden soll. Die Forscher arbeiten momentan noch an der Verfeinerung des Verfahrens, sind aber zuversichtlich, dass sich das Drucken von Knorpel in einigen Jahren durchsetzen kann.
Fast 100 Beiträge in knapp zwei Jahren können in unserer Kategorie „3D-Drucker in der Medizin“ mittlerweile nachgelesen werden. Ein 3D-Drucker, der menschliches Ersatzgewebe herstellen kann, befindet sich aktuelle nicht darunter. Zumindest keiner, der es zum Zeitpunkt heute über die Grenzen der Forschung hinweg geschafft hat.
Ein internationales Forscherteam der Universität Utrecht vom Institut für Biofabrication konnte erfolgreich Knorpel mit einem 3D-Biodrucker herstellen. Der gedruckte Knorpelersatz wies eine höhere Qualität auf als bisherige Knorpelersatzprodukte. Der spezielle 3D-Drucker verwendet s.g. „Bio-Tinte“ als Filament die lebende Zellen enthält. Im Demonstrationsmodus trägt er weiße Hautcreme in horizontalen und vertikalen Linien auf eine mobile Platte auf, wodurch ein Gitter in gleichmäßiger Form gedruckt wird. Die Zwischenräume werden per Kanüle mit blauen Wasser gefüllt. Anschließend folgt die nächste Schicht, bis das gewünschte Produkt fertig ist.
Der Knorpelersatz wird in gleicher Weise hergestellt. Der Motor und die bewegliche Plattform sorgen dafür, dass schichtweise eine dreidimensionale Struktur entsteht. Laut Jos Malda vom Medizinischen Zentrum der Universität Utrecht kann der Drucker neben Blutgefäßzellen auch Knorpelzellen fertigen. Diese Zellen könnten so aufgetragen werden, dass das in Herstellung befindliche Produkt wie echtes Gewebe aufgebaut ist.
Welches Problem löst der Knorpel aus dem 3D-Drucker?
Ein Hydrogel repariert bislang Knorpelschäden und ist ein wasserartiges Gel ähnlich wie Fruchtgummi. Dieses Gel beherbergt Knorpelzellen, welche dem Patienten vorab entnommen wurden und sich im Labor vervielfältigten. Im Körper wird neuer Knorpel gebildet, welcher den Schaden teilweise behebt. Bei größeren Knorpelschäden ist Hydrogel allerdings nutzlos, weil die erforderliche Festigkeit fehlt. Das weiche Material haben Jos Malda und sein Team daher mit einer festen Struktur verstärkt.
Eine von den Forschern selbstentwickelte 3D-Drucktechnik kann besonders dünne und zugleich stabile Kunststofffasern herstellen. Die Fasern werden in das Hydrogel integriert und sorgen für eine Erhöhung der Stabilität um das Fünfzigfache. Die gedruckten Fasern aus Kunststoff weisen fast die gleiche Stabilität wie die natürlichen Kollagenfasern des Knorpel auf.
Der 3D-Biodrucker liefert genau die benötigte Knorpelform, welche dem Defekt im Gelenk des Patienten entspricht. Eine Herausforderung besteht darin zwei unterschiedliche Materialien zu kombinieren. Zur Zeit sind noch zwei Arbeitsschritte erforderlich für den Knorpelersatz-Druck. Das Ziel ist ein Arbeitsschritt, bei dem gleichzeitig die Biotinte mit Zellen und den stabilisierenden Fasern gedruckt wird. Es wird Malda zufolge allerdings noch Jahre dauern bis erste Patienten ein Knorpelersatz aus dem 3D-Drucker erhalten.