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 an der School of Dental Medicine der University of Connecticut haben einen Handheld-Biodrucker entwickelt, mit dem volumetrischer Muskelverlust und andere Krankheiten behandelt werden können. Die mit dem Bioprint-3D-Stift hergestellten Gerüste haften um das Gewebe der Verletzung herum und sorgen so für ein Wachstum der Muskelzellen und schnelle Regeneration. Erste Tests mit dem 3D-Biopen verliefen erfolgreich.
Im Bereich des Bioprintings, dem 3D-Druck von organischen Substanzen, wurden für die Medizin schon zahlreiche Entwicklungen zum Vorteil. Jetzt wollen US-Forscher etwas völlig Neues versuchen und testen in einem groß angelegtem Forschungsprojekt die Möglichkeit mit 3D-Druck Blut je nach Bedarf herstellen zu können. Die Vorteile dieses Verfahrens und die Pläne für die Umsetzung werden in diesem Beitrag vorgestellt.
Ein Team von Forschern an der ETH Zürich hat aus biologisch abbaubaren Nanopartikeln und Zellulosefasern eine Allzweck-Trägertinte entwickelt, die sich verflüssigt, wenn sie durch die Düse eines 3D-Druckers gepresst wird. Kurz darauf setzt sie sich wieder in der Form zusammen, die für sie geplant ist. Die Schweizer Forscher gehen davon aus, dass sich das Material für personalisierte Implantate und weitere medizinische Anwendungen sehr gut einsetzen ließe.
Bereits auf der vergangenen formnext 2019 hatte der niederländische Hersteller für 3D-Drucker FELIXprinters seinen Einstieg in den Markt für Bioprinting verkündet und den neuen 3D-Drucker für organische Substanzen FELIX BIOprinter vorgestellt. Der Biodrucker ist für medizinische, wissenschaftliche und Forschungsanwendungen geeignet. Jetzt wurde seine Markteinführung bekanntgegeben.
Forscher aus Großbritannien haben eine Methode entwickelt, mit der sie Graphenoxid zusammen mit einem Protein zur Selbstorganisation bringen können. Das so entstandene Biomaterial kann als Biotinte für das Bioprinting komplizierter Strukturen mit sehr feiner Auflösung verwendet werden und ermöglicht so zum Beispiel den 3D-Druck von Gefäßstrukturen.
Forscher am Wake Forest Institute for Regenerative Medicine haben mit Hilfe von Bioprinting ein Labormodell des menschlichen Körpers entwickelt. Damit können zum Beispiel Medikamente viel schneller auf schädliche Reaktionen auf den menschlichen Organismus überprüft werden. Vor allem in Zeiten des Coronavirus ein wichtiges Thema. Aber auch Tierversuche lassen sich somit vermeiden. Wir stellen die wissenschaftliche Arbeit vor.
Vor zwei Jahren berichteten wir erstmals von dem Handheld-3D-Drucker der Forscher der kanadischen University of Toronto. Mit dem Gerät lassen sich Hautblätter ausdrucken und so Wunden versorgen und die Regenerationszeit erheblich verkürzen. Die Universität vermeldete jetzt einen Erfolg bei den ersten Versuchen an lebendigen Organismen. Der 3D-Drucker für Haut hat damit die nächste, wichtige Entwicklungsstufe erreicht.
Das finnische Unternehmen UPM hat auf der SLAS2020-Wissenschaftskonferenz mit GrowInk eine neue Reihe seiner Biotinten vorgestellt. Diese eignen sich für verschiedene Bioprinting-Anwendungen, wie zum Beispiel das Tissue Engineering. Neben der GrowInk-Reihe wurde außerdem noch eine neue Bioink der GrowDex-Reihe vorgestellt.
Das deutsche Unternehmen Nanoscribe stellt auf der SPIE BiOS und Photonics West sein neues Nanoprinting-Material IP-Visio für Life Science-Anwendungen vor. IP-Visio wurde speziell für den Nano-3D-Druck biokompatibler Mikrostrukturen konzipiert. Wir stellten das neue nicht zytotoxische Material einmal genauer vor.
Der US-amerikanische 3D-Drucker-Hersteller und globales Unternehmen 3D Systems und das Biomedizin-Unternehmen CollPlant arbeiten gemeinsam an Lösungen für den 3D-Druck von Geweben und Gerüsten. Dazu gingen beide Unternehmen jetzt eine Entwicklungsvereinbarung ein, um ihre Erfahrungen im 3D-Druck und der Biomedizin für die Weiterentwicklung des Bioprintings voranzubringen.
Das kanadische 3D-Bioprinting-Unternehmen Aspect Biosystems erhielt durch eine Finanzierungsrunde der Serie A eine Finanzspritze von rund 20 Millionen US-Dollar. Damit plant das Unternehmen seine Forschung- und Entwicklungsarbeit beim 3D-Druck von lebenden, menschlichem Gewebe voranzutreiben.
Das russische 3D-Biodruckunternehmen 3D Bioprinting Solutions hat eigenen Angaben zufolge erstmals erfolgreich Knochengewebe auf der ISS mit einem 3D-Drucker hergestellt. Zum Einsatz kam der Bioprinter Organ.Aut, der speziell für dem 3D-Druck organischer Substanzen in der Schwerelosigkeit entwickelt wurde. Damit will das Unternehmen die medizinische Versorgung im All verbessern.
Forscher an der Universität von São Paulo haben erfolgreich funktionale Mini-Lebern mit dem 3D-Drucker hergestellt. Diese weisen bereits einige Funktionen auf, die sonst nur „echte“ Lebern möglich machen. Wir stellen die frühen Forschungen der brasilianischen Wissenschaftler einmal vor.
Wissenschaftler des Wake Forest Institutes für Regenerative Medizin (WFIRM) in North Carolina haben ein Trachealgewebekonstrukt aus mehreren Materialien mit unterschiedlichen Funktionen mit dem Bioprinter hergestellt. Das Gewebe soll bei Problemen wie der Trachealstenose helfen. Wir stellen die Arbeit des Institutes vor.
US-Forscher des Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) und der Yale University haben ein Verfahren entwickelt, mit dem Haut mit funktionierenden Blutgefäßen im 3D-Druckverfahren hergestellt werden kann. Diese entsteht dank einer speziellen Biotinte. Wir haben uns die Arbeit angesehen.
Vor wenigen Monaten ist es gelungen, dass eine von Aleph Farms und 3D Bioprinting Solutions entwickelte Lösung zum 3D-Biodruck von Fleisch erfolgreich auf der Raumstation ISS getestet wurde. Doch das war erst der Anfang. Beide Unternehmen wollen die Lebensmittelherstellung in der Raumfahrt gänzlich revolutionieren.
Der 3D-Druck in flüssigen Medien gestaltet sich oft sehr schwierig. Bisher gibt es kaum Forschungen zu diesem Thema. Forscher aus China nahmen sich diesem Thema jetzt an und haben in einer wissenschaftlichen Arbeit jetzt ihren ersten Forschungsergebnisse zum Liquid-in-Liquid-3D-Druck vorgestellt. Das Verfahren soll unter anderem dazu beitragen organische Strukturen und möglicherweise auch Organe mit dem 3D-Drucker herstellen zu können.
In Florenz ist es Wissenschaftlern und Medizinern erstmals gelungen ein Ohr mit einem 3D-Drucker zu rekonstruieren. Das 3D-gedruckte Ohr wurde einem 13-jährigem Kind erfolgreich angebracht. Dies war die erste Operation dieser Art in Italien und wird weltweit unter Medizinern als Durchbruch bewertet.
Das belgische Unternehmen Antleron und der US-amerikanische Hersteller von 3D-Druckern 3D Systems möchten im Rahmen einer Unternehmenskooperation das Tissue Engineering und den 3D-Druck von organischem Gewebe voranbringen. Ihre Pläne präsentieren die Unternehmen auf der formnext 2019.
Das US-amerikanische Unternehmen nScrypt hat gemeinsam mit dem US-Militär den „nRugged“, eine robustere Version seines BioAssembly Tools, entwickelt. Dieses kann sowohl als herkömmlicher 3D-Drucker als auch als 3D-Bioprinter für organische Substanzen eingesetzt werden. Mit dem Gerät sollen auch rauere Gegenden der Welt mit 3D-Druck versorgt werden.