Bei einem Bioprinter handelt es sich um einen 3D-Drucker für organische Substanzen. Auch unter der Bezeichnung 3D-Biodrucker zu finden, verarbeiten Bioprinter entgegen klassischen 3D-Druckern keine Kunststoffe oder Metalle, sondern organische Substanzen. Bioprinter stammen aus dem Forschungsumfeld des Tissue Engineering, den computergesteuerten Techniken zur Erstellung von organischen Strukturen aus lebendem Gewebe. Zu den interessantes Anwendungsbereichen der Bioprinter zählen die Forschungen im Bereich des 3D-Drucks von lebenden Organen. Auf dieser Seite stellen wir das Bioprinting ausführlich vor und zeigen regelmäßig aktualisiert alle Forschungsarbeiten und Entwicklungen im Bereich der Bioprinting-Technologie.
Dank 3D-Druck lassen sich heute geometrisch anspruchsvolle Objekte computergestützt designen und herstellen. Früher mussten diese Objekte mithilfe formgebender Werkzeuge unter hohem Materialverbrauch hergestellt werden. Mit der 3D-Drucktechnologie hat sich zum Glück einiges geändert, denn viele Produkte lassen sich nun günstiger, einfacher und auch umweltfreundlicher herstellen. So kommen 3D-Drucker bereits in unterschiedlichsten Industrie-Bereichen zum Einsatz – darunter auch in der Medizin, etwa um individuelle Implantate für Patienten herzustellen oder Operationen besser zu planen. Jetzt lassen sich auch gewisse Fortschritte auch im Bereich des Bioprintings verzeichnen, also dem 3D-Druck von organischem Gewebe.
Das sogenannte Bioprinting bezeichnet das Drucken organischer Substanzen zu dreidimensionalen Objekten. Obwohl diese Technologie erst so richtig erprobt wird, ermöglicht sie bereits ein stabiles Drucken von lebendigen Zellen im Schichtaufbauverfahren (additive Fertigung). So wird für die Zukunft gehofft, dass man in der Lage sein wird entsprechende Organe nachzubauen, wie etwa die Leber oder das Herz (mehr zum Thema auch auf der Seite „Organe aus dem 3D-Drucker„). Die nötigen Zellen werden dazu vorab gezüchtet und in polymeres Gel eingefügt. Durch diese Kombination wird eine Gewebestruktur erzeugt, die zu Organen umgewandelt werden soll.
Bei einem 3D-Biodrucker (engl. Bioprinter) handelt es sich dementsprechend um einen 3D-Drucker zum Erstellen (Drucken) von menschlichem oder tierischem Gewebe (z. B. Haut oder Zellen). Durch die Gewinnung von Stammzellen ermöglichen Biodrucker die Gewinnung von Organen. Die Technologie der 3D-Biodrucker befindet sich noch am Anfang der Forschung. Zahlreiche Voraussetzungen müssen für das Bioprinting erst noch erfüllt werden, wie zum Beispiel eine exakte Temperaturregelung. Da aber die Forscher unter Hochdruck arbeiten, sind neue Errungenschaften bereits in einigen Jahren zu erwarten.
Die Anwendung des Bioprinting beschränkt sich zurzeit auf das 3D-Drucken von Gewebegrundgerüsten, wobei im Endeffekt das Organ in diesem Gerüst reifen soll. Danach arbeiten die Zellen selbständig, jedoch lassen sich mit der aktuellen Technologie zum Zeitpunkt noch keine Blutgefäße erzeugen. Dies ist ein weiteres Problem fürs Bioprinting, da die Organe durch die Blutgefäße mit Nährstoffen versorgt werden. Deswegen handelt es sich hierbei um eine große Herausforderung für die Wissenschaftler, die erst noch bewältigt werden muss. Sollte es gelingen, auf diese Weise ein Organ zu züchten und durch Blutgefäße mit Nährstoffen zu versorgen, wird es bald möglich sein, ein passendes Organ für jeden Patienten zu drucken. So könnte ein Organ auf den Patienten perfekt abgestimmt werden, ohne dass es vom Körper abgestoßen wird.
Bioprinting wird auch in der synthetischen Biologie bereits seit geraumer Zeit eingesetzt. Es lassen sich auf diese Weise neue Lebensformen erzeugen, wie z. B. eine Qualle, die aus Muskelzellen von Ratten und Silikon besteht. Es ist generell möglich neue Wesen zu produzieren, bei denen verschiedene Eigenschaften verzeichnet werden.
In der Lebensmittelbranche konnte man mit der 3D-Drucktechnologie bereits nennenswerte Erfolge verzeichnen. So produzierte das Unternehmen Modern Meadow eine Fleischkopie mithilfe von Bioprinting. Es schmeckt auch wie richtiges Fleisch, wobei Proteinkleber und Muskelzellen für die Herstellung verwendet wurden. Leider ist diese Fleischart noch nicht kommerziell erhältlich, doch die Massentierhaltung könnte so um ein Vielfaches reduziert werden. Bis dahin ist allerdings noch ein langer Weg, denn vor allem die Akzeptanz der Endkunden ist eine wichtige Voraussetzung dafür. Die hohen Herstellungskosten sind eine weitere Hürde für den Druckprozess, da ein Stück vom 3D-gedruckten Fleisch immerhin ca. 60.000 € kostet.
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Russischen Forschern ist es gelungen, mit Hilfe von dem Bioprinter Organ.Aut, erfolgreich die Schilddrüse einer Maus im 3D-Druckverfahren herzustellen. Der Spezial-3D-Drucker wurde speziell für den Einsatz in Schwerelosigkeit getestet und kam auf der ISS zum Einsatz.
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.
Die 3d.FAB-Plattform aus Frankreich arbeitet derzeit an einem Verfahren, mit dem menschliches Gewebe direkt auf den Empfänger aufgedruckt wird. Nicht nur Menschen mit Verbrennungen könnten sehr stark davon profitieren. Wir haben uns das Verfahren angesehen.
Einem Forscher an der University of Minnesota gelang es im Rahmen seiner Forschungsarbeit, hochentwickelte Organe mit Spezial-3D-Drucker herzustellen. Die 3D-gedruckten Organe, wie zum Beispiel Ohren und bald vielleicht auch Augen, könnten im weiteren Verlauf der Forschungen und Entwicklungen auch mit außersinnlichen Fähigkeiten versehen werden. Wir stellen die Forschungsarbeit von Michael McAlpine der University of Minnesota einmal genauer vor.
Beim Absturz der russischen Sojus-Rakete wurde auch ein 3D-Biodrucker zerstört, wie die NASA in einer Pressemitteilung mitteilte. Von dem Bioprinter Organ.Aut des Herstellers 3D Bioprinting Solutions stehen noch weitere 3D-Drucker bereit, doch bevor die ins Weltall starten, soll der Unfall zunächst vollständig aufgeklärt werden.
Ein US-Forscherteam an der University of Utah hat eine neue 3D-Biodruckmethode entwickelt, mit der Sehnen und Bänder mit einem 3D-Drucker hergestellt werden können. Die Einsatzbereiche sind noch überschaubar, das Verfahren in den Kinderschuhen. Und dennoch lohnt sich ein Blick auf das Verfahren.
Tiefe Wunden auf der Haut, zum Beispiel nach einem Brand, sind schwer zu behandeln. Man benötigt Spenderhaut, die nicht immer leicht zu bekommen ist. Kanadische Forscher an der Universität von Toronto haben nun einen mobilen Bioprinter entwickelt, der einfach in der Handhabung, leicht im Gewicht und tragbar ist. Ein erster Schritt in eine spannende technologische Richtung, um vor allem in Krisengebieten und Dritte Welt-Ländern eine bessere Wundversorgung anbieten zu können.
Der amerikanische Biodrucker-Hersteller Allevi hat es sich zum Ziel gesetzt, alle Prozesse rund um das Bioprinting zu vereinfachen. Mit dem neuen Bioprinter Allevi 3 bringt Allevi einen vielfach einsetzbaren und einfach zu bedienenden Bio-3D-Drucker auf den Markt. Was dieser neben dem Dreifach-Extruder noch zu bieten hat, stellen wir in diesem Bericht vor.
Das bionische Auge klingt mehr nach Science-Fiction als nach Realität und dennoch soll es bald möglich sein bionische Augen mit einem 3D-Drucker herzustellen und beim Menschen einzupflanzen. Das jedenfalls berichten Forscher der Universität Minnesota, die zuletzt Fortschritte bei ihre selbst entwickelten Lösung machen konnten. Wir stellen die futuristischen Forschungsarbeiten der Wissenschaftler vor.
Mitarbeiter der Universität von Sydney und der Universität Wollongong haben einen Biopen entwickelt, der bei der Behandlung von Augenverletzungen helfen soll. Der Stift enthält eine spezielle Tinte, die zur Behandlung von Augenwunden verwendet wird, die aktive Wundheilung fördert und Narbenbildung reduziert. Die Entwickler werden mit 1,1 Millionen US-Dollar vom NSW Medical Devices Fund für ihren iFix-Biopen unterstützt.
Im Rahmen des sogenannten „Projekt 5-100“ haben Forscher der polytechnischen Universität St. Petersburg und des Institutes für Zytologie der Russischen Akademie der Wissenschaften einzigartige polymere Materialien für medizinische Zwecke erzeugt, die traumatisierte menschliche Organe reparieren sollen. Das Material befindet sich noch in der Entwicklungsphase, liefert aber bereits vielversprechende Ergebnisse.
Das US-Unternehmen für Medizintechnik BIOLIFE4D liefert eindrucksvolle Ergebnisse in der Entwicklung von transplantierbarem Gewebe. Erst kürzlich haben wir über die Finanzierung und erste Erfolge ihrer Forschung berichtet. Jetzt gibt es bereits die nächste Nachricht, den 3D-Druck eines Herzpflasters. Und das Unternehmen möchte noch mehr.
Forscher an der Carnegie Mellon University haben einen 3D-Biodrucker entwickelt. Das Besondere daran: Es ist eigentlich ein Desktop-FDM-3D-Drucker, bei dem ein paar Bauteile ausgetauscht wurden, unter anderem der Extruder. Gekostet hat der Umbau zum Bioprinter gerade mal rund 500 Dollar. Das Projekt wurde als Open-Source veröffentlicht, um anderen Forschern den Zugang zum Bioprinting zu erleichtern.
Jüngst haben Forscher in Russland zur Entwicklung eines Laser-3D-Druckverfahrens beigetragen, in dem ein spezieller Nanopartikel zum Einsatz kommt. Mit dem neuen Partikeltyp ist sei den Wissenschaftlern ein Durchbruch bei der additiven Fertigung gelungen, der sich den russischen Forschern vor allem auf die Herstellung von Elektronik und im Bioprinting positiv auswirken kann. Es wird davon ausgegangen, dass Strukturen damit in Zukunft schneller und besser repariert werden können.
Das Bioprinting-Unternehmen AMBER und der US-Pharmazie- und Konsumgüterhersteller Johnson & Johnson haben eine Kooperation bei der Weiterentwicklung des Bioprintings bekanntgegeben. Ziel der Kooperation ist es den 3D-Druck mit organischen Substanzen weiter voranzubringen. Dafür soll in Irland nahe Dublin ein eigenes Kompetenzzentrum entstehen.
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