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. Das Bioprinting stammt 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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Forscher der Columbia University haben eine neuartige Methode entwickelt, um den 3D-Druck von Haut auch für komplexere Körperteile zu ermöglichen. Diese Haut zu züchten dauert bis zu 3 Wochen und wurde am Beispiel für den 3D-Druck der Haut einer menschlichen Hand vorgestellt. Wir stellen die Arbeit der US-Forscher einmal genauer vor.
Schweizer Forscher von der ETH Zürich haben eine Methode entwickelt, mit der sie künstliche Haut für Roboter mit einem 3D-Drucker herstellen können. Ihr Ziel ist es, lebende künstliche Haut für Roboter zu entwickeln, die sich selbst heilen kann. Wir stellen die Arbeit einmal genauer vor.
Das Schweizer Bioprinting-Start-up mimiX Biotherapeutics kündigt für Januar 2023 eine neue Finanzierungsrunde an. Damit möchte das Unternehmen die klinische Umsetzung seines FastSkin-Gewebes voranbringen. Das 3D-gedruckte FastSkin-Gewebe soll mit Hilfe der 3D-Druck-Technologie die Wundversorgung verbessern.
Das israelische Bioprinting-Unternehmen CollPlant stellt mit Collink.3D 90 eine neue Biotinte für den 3D-Druck mit einer organischen Substanz vor. Es ist das zweite, auf rekombinantem menschlichem Kollagen (rhCollagen) basierende Material. Das neue Material soll die schnellere Migration von Zellen in Gelmatrizen ermöglichen und die Lebensfähigkeit der Zellen in 3D-Bioprinting-Anwendungen maximieren.
Das israelische Lebensmittel-3D-Druck-Unternehmen Steakholder Foods entwickelt ein temperaturgeregeltes Druckbett für seinen Lebensmittel-3D-Drucker. Der industrietaugliche Biodrucker arbeitet mit kontaktlosen Strom- und Kommunikationsmodulen. Für Steakholder Foods ist es ein wichtiger Schritt in die Skalierung von mehr Produktionskapazitäten für den 3D-Druck von kultiviertem Fleisch.
Der deutsche Sartorius Konzern aus Niedersachsen ist eine Unternehmenspartnerschaft mit der schwedischen BICO Group eingegangen, die auch Lösungen für das 3D-Bioprinting entwickelt. Der biopharmazeutische Anbieter besitzt nun rund 9,1 Prozent der Anteile an der BICO Group. Wir stellen die Details zur Partnerschaft vor.
Französische Mediziner vom Claudius-Regaud-Institut und des Universitätsklinikums Toulouse implantierten erfolgreich eine mit 3D-Druck hergestellte und auf Biomaterialien basierende, nasenförmige Struktur im Gesicht einer Patientin. Mehrere Versuche mit traditionellen Methoden eine Nasen aus organischen Substanzen herzustellen sind zuvor gescheitert. Wir stellen die Arbeit der Ärzte vor.
Das US-Foodtech-Unternehmen Upside Foods hat die Pre-Market-Konsultation der FDA für menschliche Lebensmittel erfolgreich abgeschlossen. Für sein kultiviertes Fleisch verwendet Upside Foods Muskelzellen, die es vom Tier erntet. Wir fassen zusammen, wie es nun für Upside Foods weitergeht.
Die Marktanalysten von SmarTech Analysis haben in einer aktuellen Studie den Bioprinting-Markt untersucht. Es zeigte sich, dass dieser Markt noch deutlich an Bedeutung zunehmen wird. Die Ergebnisse hat das Unternehmen in einem Bericht mit dem Titel „Bioprinting: Markets and Opportunities“ veröffentlicht.
Das 3D-Druck-Unternehmen Carbon gibt bekannt, dass die Plattform für bioresorbierbare Elastomere, die sich in Entwicklung befindet, ihre in-vivo-Biokompatibilität bewiesen hat. Sämtliche Proben wurden als nicht toxisch eingestuft. Wir fassen das Wichtigste zur Arbeit von Carbon zusammen.
Die beiden Unternehmen Copner Biotech und Jellagen haben eine Biotinte aus Quallenkollagen entwickelt. Außerdem entstand im Rahmen ihrer Zusammenarbeit der eigenen Angaben zufolge weltweit erste Präzisions-Bioprinter der nächsten Generation. Wir stellen die Arbeit der Partner vor.
Ein diabetisches Fußgeschwür kommt bei einem Viertel als Diabetikern vor. In über der Hälfte aller Fälle müssen die betroffenen Gliedmaßen amputiert werden. Forscher aus Nordirland, der Queen’s University Belfast, haben jetzt mit 3D-Bioprinting organische Gerüste hergestellt, die Antibiotikum enthalten und zu einer verbesserten Behandlung diabetischer Füße führen können.
Das französische Pharmaunternehmen Gattefossé und das Unternehmen für regenerative Medizin CTIBiotech haben zusammen 3D-Bioimpedanz-Hautchips entwickelt, mit denen sich Hautkrankheiten patientenspezifisch ermitteln lassen. Die 3D-druckbaren Lab-on-a-Chip-Geräte können durch den Talgspiegel eines Gewebes die Hauterkrankungen von Patienten nicht-invasiv modellieren. Die neuen Geräte sollen effektivere Tests möglich machen.
Der US-amerikanische Hersteller industrieller 3D-Drucker 3D Systems gibt die Gründung der Tochterfirma Systemic Bio bekannt. Diese wird sich mit dem 3D-Druck vaskularisierter Organmodelle aus menschlichen Zellen befassen. Systemic Bio wird zudem das aus seiner Arbeit resultierende Gewebe als Instrument zur pharmazeutischen Arzneimittelforschung vermarkten.
Der Bedarf an Organen zur Transplantation ist weltweit sehr groß, jedoch gibt es viel zu wenige Organe die von Spendern zur Verfügung gestellt werden. Forscher der Penn State University haben jetzt eine neuartige Biotinte entwickelt, die für die Gewebezüchtung und -Regeneration eingesetzt werden soll. Die Biotinte soll ein bisher unerreichtes Maß an Porosität, Formtreue und Zellintegration erreicht haben. Wir stellen sie vor.
Das 3D-Bioprinting-Unternehmen CELLINK und das Indian Institute of Science (IISc) eröffnen gemeinsam ein Center of Excellence, um den 3D-Druck mit organischen Substanzen (s.g. Bioprinting) in Indien voranzubringen. Dort sollen Forschungs- und Schulungsaktivitäten stattfinden, um Forschern innerhalb des Instituts und anderswo Fähigkeiten zu vermitteln, die für die Arbeit mit dem 3D-Bioprinting erforderlich sind.
Forschern aus Schweden ist es gelungen mit 3D-Druck hergestellte Hornhaut aus Schweinehaut beim Menschen zu transplantieren. Die 3D-gedruckte Hornhaut konnte in ersten Tests Patienten bereits erfolgreich helfen. Die Hornhaut aus dem 3D-Drucker ist zugänglicher und günstiger als mit bisherigen Methoden und könnte den hohen Bedarf an Hornhäuten eventuell in Zukunft abdecken.
Die beiden Unternehmen Carl Zeiss Meditec und Precise Bio geben ihre Unternehmenskooperation bei der Entwicklung von künstlichem Hornhautgewebe mit Hilfe von 3D-Bioprinting bekannt. Ziel ist die Realisierung von Gewebe für Patienten, die endotheliale Keratoplastik benötigen. Wir fassen das Wichtigste dazu zusammen.
Das Biotechnologieunternehmen Nuclera hat weitere 15,5 Mio. USD in seiner Serie-B-Finanzierungsrunde aufgebracht. Diese wird das Unternehmen für die Entwicklung seines 3D-Biodruckers eProtein nutzen. Wir stellen die Arbeit von Nuclera vor.
Forscher der University of California, Berkeley haben eine Methode entwickelt, die den „3D-Kryodruck“ verbessern soll. Mit dem 3D-Kryodruck-Verfahren der Forscher könnte der 3D-Biodruck robuster mit Zellen besäter Alginatgerüste möglich sein. Wir stellen die Forschungsarbeit einmal genauer vor.