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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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.
Italienischen Wissenschaftlern vom Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) ist es gelungen, ein 1:1 Bio-Hybrid-Modell der Blut-Hirn-Schranke herzustellen. Verwendet wurden dafür synthetische als auch organische 3D-Druck-Materialien. Und ein 3D-Drucker eines deutschen Herstellers.
Wissenschaftlern in Indien ist es gelungen, erstmals ein Ohr mit einem 3D-Drucker herzustellen, dass am Körper erfolgreich verpflanzt werden konnte, überlebte und sogar gewachsen ist. Das berichtet eine bekannte indische Zeitung. Die Wissenschaftler der indischen SRM University berichten von einem weiteren, großen Fortschritt beim Bioprinting.
Ein Unternehmen aus der USA namens BIOLIFE4D plant mit Hilfe von 3D-Druck transplantierbare Herzen herzustellen. Die Herzen sollen dem Organmangel gegenüberstehen und es Menschen zukünftig ermöglich „per Knopfdruck“ Herzen herstellen zu lassen.
3D-Bioprinting bringt in der Kosmetik und der Medizin viele Fortschritte. Forscher in Singapur möchten mittels 3D-Bioprinting einer realistischen Hautpigmentierung näher kommen. Die Zwei-Schritt-Bioprinting-Strategie ist ein Schritt in diese Richtung und beweist, der 3D-Druck von pigmentierter Haut ist möglich. Vor allem Menschen die eine Hauttransplantation benötigen, haben so die Möglichkeit, in Zukunft nicht nur körperliche sondern auch psychische Heilung zu erfahren.
Talgdrüsen sorgen für den Glanz in unserer Haut und unserem Haar. Um die Produktion des Talgs in Schach zu halten, bedarf es der richtigen Hautpflege. Um die Talgproduktion und unsere Haut besser zu verstehen, arbeiten BASF und CTIBiotech mit 3D-Hautmodellen. Auf dem NYSCC Cosmetic Congress gaben BASF Care Creations und das Cell Therapy Research Institute CTIBiotech die ersten Ergebnisse bekannt.
Das iba Heiligenstadt erforscht neue Materialien für das Tissue Engineering und nutzt dazu auch den 3D-Druck. Jetzt bekam das Institut eine fünfjährige Förderung in 6-stellige Höhe vom Freistaat Thüringen zugesprochen und soll die Forschungen im „Bioprinting“ am Standort Thüringen vorantreiben.
Die University of Wollongong (UOW) in Australien hat zusammen mit Medizinern ein Gerät entwickelt, dass mit Hilfe von dem 3D-Druckverfahren für eine verbesserte Behandlung der Krankheit Diabetes Typ 1 eingesetzt werden kann. Das Royal Adelaide Hospital in Adelaide, im Süden von Australien, setzt den PICT-3D-Drucker bereits ein. Mit Hilfe von Fördergeldern soll der 3D-Drucker jetzt weiterentwickelt werden.
Forscher der ETH Zürich in der Schweiz haben ein biokompatibles Hydrogel entwickelt, dass sich mit einem 3D-Drucker extrudieren und gleichwohl schichtweise aufbauen lässt. Welche Anwendungsbereiche sind mit einer solchen Bakterien-Tinte und dem 3D-Druck lebender Substanzen möglich? Unser Beitrag klärt auf.
Nicht-alkoholische Lebererkrankungen sind nicht nur in den USA weit verbreitet. 100 Millionen Erwachsene leiden in den USA an NAFLD (nicht alkoholischer Fettlebererkrankung), weitere 20 Millionen an NASH (nicht-alkoholische Steatohepatitis). Organovo und Viscient Biosciences arbeiten gemeinsam an Therapien und Behandlungen gegen derartige Erkrankungen.
Die Bionic Production AG siedelt zum Jahreswechsel in ihren neuen Unternehmensstandort in Lüneburg um und gründet dort die Bionic Smart Factory. Dort möchte das Unternehmen insgesamt 100 Mitarbeiter beschäftigen und ca. 20 3D-Drucker einsetzen.
Gerade in der Landwirtschaft und in vielen wissenschaftlichen Bereichen kann mit dem Biodruck noch viel erreicht werden. Das brasilianische Labor Embarpa hat sich mit dem Erwerb eines solchen 3D-Druckers hohe Ziele gesetzt.
Dem Forschungsleiter Adam Jakus von der Northwestern University in Illinois (USA) sind bei seinen Forschungen am 3D-Druck von Knochen eher zufällig ein innovatives Gewebepapier gelungen. Das „Papier“ aus Protein kann zur besseren Krebsheilung beitragen.
Der 3D-Druck von Ersatzgewebe gewinnt verstärkt an Bedeutung in der regenerativen Medizin, doch die Qualitätskontrolle gestaltet sich schwierig. In einem Forschungsprojekt namens „PhotonControl“ testen deutsche Forscher verschiedene Verfahren zur Qualitätskontrolle. Und präsentieren Lösungsansätze.
3D-Drucker werden in der synthetischen Biologie verwendet, um lebensfähiges Gewebe und sogar einzelne Genome herzustellen. Der bekannte US-Forscher und Visionär Craig Venter hat jetzt das Konzept für einen Digital-biologischen Konverter namens „DBC“ vorgestellt, bei dem digital übermittelte Gensequenzen in 3D-druckbare Dateien konvertiert und per Bioprinter hergestellt werden können. Ist das ein weiterer großer Schritt in Richtung Organe mit dem 3D-Drucker herstellen zu können?
Das israelische Unternehmen CollPlant hat sich auf regenerative Medizin spezialisiert. Nun hat es in den USA eine 3D-Bioprinting-Tinte zum Patent angemeldet, die auf der selbst entwickelten rhCollagen-Technologie basiert und für den 3D-Druck von Organen und Gewebe einsetzbar sein soll.
Forschern der südkoreanischen Pohang University for Science and Technology gelang es, eine effiziente und kostengünstige Methode zum 3D-Druck menschlicher Haut zu entwickeln. Das dafür eingesetzte Hybrid-Zellen-3D-Druck-System ist sowohl mit Extrusions- und Inkjet-Modulen ausgestattet und kann den 3D-Druck von Haut um das Fünfzigfache beschleunigen.