Forscher der Harvard Medical School (HMS) haben einen Weg gefunden, wie sie 3D-gedruckte Organe besser mit Sauerstoff versorgen können. Dies ist elementar, wenn es um das langfristige Überleben der Organe geht. Der Leiter des Forschungsteams sieht mit seinen Forschungsergebnissen den 3D-Druck von transplantierfähigen Organen einen wesentlichen Schritt näher.

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Spenderorgane sind für viele Menschen lebensrettend, doch manchmal dauert es Jahre, bis für den Patienten ein passendes Organ gefunden wird. Die lange Wartezeit kann schlimmstenfalls zum Tode führen. Forscher der Harvard Medical School sind im Kampf gegen den Mangel an Spenderorganen einen Schritt weitergekommen. Unter der Leitung von Asst. Prof. Yu Shrike Zhang hat ein Team von Wissenschaftlern an einer Lösung des Problems der Sauerstoffversorgung 3D-gedruckter Organe gearbeitet. Die Ergebnisse ihrer Arbeit veröffentlichten sie im Fachjournal Matter unter dem Titel „Symbiotic Photosynthetic Oxygenation within 3D-Bioprinted Vascularized Tissues„. Vor wenigen Tagen haben wir über ein elastisches Herzmodell aus Alganit berichtet, das mit dem 3D-Drucker hergestellt wird.

Fehlende Blutversorgung

Biogedruckte Chlamydomonas reinhardtii beladene Wabenmuster mit verschiedenen Schichten am dritten Tag
Hier sind mit Chlamydomonas-reinhardtii- beladene Wabenmuster mit verschiedenen Schichten am Tag 3 zu sehen (Bild © verantwortliche Forscher / 2020 Elsevier Inc.).

Wird Zellgewebe mit dem 3D-Bioprinter hergestellt, werden darin lebende menschliche Leberzellen in ein wabenartiges Gitter platziert. In der ersten Phase gibt es noch keine Blutversorgung, daher gelangt zu wenig Sauerstoff in die Zellen. Das dort produzierte Kohlendioxid wird nicht abtransportiert, was die Überlebensdauer von künstlichem Gewebe deutlich gering hält.

Leberzellen werden mit Grünalgen der Gattung Chlamydomonas reinhardtii in winzigen Waben angeordnet. Die Grünalgen werden der Biotinte aus PVA, Gelatine und Cellulose beigemischt. Bei Lichtbestrahlung betreiben Algen Photosynthese, nehmen Kohlendioxyd auf und produzieren so Sauerstoff. Der Sauerstoff wird an die Umgebung abgeben. Die Leberzellen sind so in der Lage, leberspezifische Enzyme zu produzieren. CollPlant aus Israel hat vor drei Jahren ein Patent für Bioprinting-Tinte zum 3D-Druck von Gewebe und Organen angemeldet.

Blutgefäße dank neuer Mikrokanäle

Ist die Leber-Algenzellen-Kultur ausreichend herangewachsen, wird die tragende Struktur, die die Cellulose enthält, durch die Zugabe des Enzyms Cellulase aufgelöst. Es entstehen Mikrokanäle im Zellgewebe, die mit Gefäßzellen aufgefüllt werden. Bei den Versuchen zeigte sich, dass die Mikrokanäle sich zu Blutgefäßen umbildeten, über die die Sauerstoffproduktion erfolgen konnte.

Die Leberzellen können so deutlich länger überleben. Die Zellkulturen sind nach einer Woche noch hochaktiv. Auch die Leber-Algenkulturen funktionieren nach 7 Tagen weiterhin.

Biogedruckte Chlamydomonas reinhardtii bei 25 Grad Celsius
Nach einer Woche waren die Algenkulturen noch komplett funktionsfähig (Bild © verantwortliche Forscher / 2020 Elsevier Inc.).

Fazit

Für Prof. Zhang ist dies eine Möglichkeit zur Herstellung transplantierbarer Organe. Eine weitere Anwendungsoption wäre die Fertigung von Geweben für Tests neuer Medikamente auf Organverträglichkeit. So würden Versuche mit Testpersonen deutlich risikoärmer verlaufen. Die Studie der Forscher wurde unter dem eingangs genannten Link veröffentlicht. Mehr Informationen zum Thema Bioprinting erhalten Sie im 3D-grenzenlos Magazin-Newsletter (kostenlos abonnieren).

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