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.
Auf dieser Themenseite erhalten Sie aktuelle Informationen zum 3D-Biodrucker und dessen innovative Möglichkeiten für Forschung und Medizin. Abonnieren Sie unseren Newsletter und erhalten Sie regelmäßig aktuelle Informationen zu neuen Entwicklungen und Forschungen im Bereich des Bioprinting (zum Newsletter anmelden).
Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Dr. Eva Blasco der Universität Heidelberg hat erstmals Tinten für den 3D-Druck aus Mikroalgen entwickelt. Die Ergebnisse zeigen das Potenzial von Mikroalgen als nachhaltige Alternative zu petrochemischen Polymeren.
Eine in Nature Communications veröffentlichte Studie untersuchte die Anwendung von 3D-gedruckten Zink-Gerüsten für die Knochenerneuerung. Die Forschung wurde unter anderem vom chinesischen 3D-Druck-Unternehmen Bright Laser Technologies (BLT) durch technische Unterstützung ermöglicht.
Harvard-Wissenschaftler entwickelten ein 3D-Druckverfahren namens Co-SWIFT zur Herstellung von Blutgefäßen in Herzgewebe. Erste Tests zeigten erfolgreiche Ergebnisse in verschiedenen Matrizen und lebendem menschlichem Gewebe.
Ein Forschungsteam der University of Colorado Boulder und der University of Pennsylvania hat einen Prozess entwickelt, um elastische und haftende Hydrogelmaterialien zu 3D-drucken. Diese könnten zur Reparatur von Herzgewebe und Knorpel oder für nadelfreie Nähte eingesetzt werden.
Forscher der Technischen Universität Delft und der Universität Primorska entwickeln lebende Materialien, die sich selbst reparieren können. Diese innovativen Materialien könnten in der Luft- und Raumfahrt sowie im Bauwesen eingesetzt werden.
Forscher der Tel Aviv Universität haben eine Origami-basierte Methode entwickelt, um Sensoren in 3D-gedruckten Gewebemodellen präzise zu positionieren. Diese innovative Technik löst das Problem der Sensorbeschädigung während des Bioprinting-Prozesses.
Ronawk und B9Creations haben eine Partnerschaft zur Automatisierung und Massenproduktion von Bio-Blocks geschlossen. Diese Zusammenarbeit erleichtert das Wachstum von Gewebe und Zellen außerhalb des Körpers und fördert fortschrittliche Therapien und personalisierte Medizin.
Ein Team der Chinese University of Hong Kong (CUHK) hat ein 3D-druckbares bioaktives Material entwickelt, das schwere Schultersehnenverletzungen reparieren kann. Dieses Material unterstützt die Sehnenregeneration und wurde in der Zeitschrift Bioactive Materials veröffentlicht.
Die Partnerschaft zwischen den beiden indischen Unternehmen Manipal Academy of Higher Education (MAHE) und KOREAMMR markiert einen wichtigen Schritt in der Entwicklung von 3D-Bioprint-Technologien für die Geweberegeneration, mit dem Ziel, die medizinische Forschung und Patientenversorgung weltweit zu verbessern.
An der Weill Cornell Medicine und der Cornell Engineering wurde eine Methode entwickelt, um ein realistisches Ohrmodell zu erschaffen, das durch die Verwendung von 3D-Drucktechnologie und dezellularisiertem Knorpel die anatomischen Eigenschaften eines echten menschlichen Ohrs nachbildet.
Forscher der Universität von Oregon haben in Zusammenarbeit mit L’Oréal ein fortschrittliches künstliches Hautmodell entwickelt, das die Eigenschaften menschlicher Haut genauer nachbildet und vielfältige Anwendungen in der Medizin und Kosmetik ermöglicht.
In einem medizinischen Durchbruch hat das Team von Seoul St. Mary’s Hospital, in Zusammenarbeit mit T&R Biofab, die erste 3D-gedruckte Luftröhre erfolgreich einer Patientin transplantiert. Dies könnte die Behandlung von Schilddrüsenkrebs und anderen trachealen Erkrankungen erheblich verbessern.
Phase, Inc. wurde vom Nationalen Gesundheitsinstitut ein Zuschuss von 1,7 Millionen Euro für ein 3D-Druckprojekt zur Entwicklung eines Blut-Hirn-Schranken Modells in Zusammenarbeit mit der Harvard Medical School und anderen führenden Institutionen gewährt. Dieses Vorhaben könnte die Forschung und Behandlung neurologischer Krankheiten erheblich verbessern.
Das Team der Medizinischen Universität Innsbruck hat gemeinsam mit Partnern wie Eyecre.at, Addion und dem Management Center Innsbruck einen Prototyp eines künstlichen Augenlids mit Hilfe des 3D-Druckverfahrens entwickelt. Dieses Modell dient als Trainingsinstrument in der chirurgischen Ausbildung und bietet eine realitätsnahe Möglichkeit zur Vorbereitung auf Eingriffe. Die verwendete Technik könnte perspektivisch auch für die Herstellung anderer Organmodelle adaptiert werden.
Das Azrieli Centre de recherche du CHU Sainte-Justine und die Universität Montreal haben eine innovative Bio-Tinte entwickelt, die den 3D-Druck von personalisierten „Herz-auf-einem-Chip“-Geräten ermöglicht. Diese Technologie verspricht, die Behandlung von Herzerkrankungen durch die Erstellung patientenspezifischer Herzmodelle zu optimieren.
Wissenschaftler der TU Wien haben eine 3D-Druckmethode entwickelt, die es ermöglicht, künstliches Knorpelgewebe herzustellen. Durch den Einsatz spezialisierter Stammzellen und eines biokompatiblen Kunststoffgerüsts verspricht die Technik bedeutende Fortschritte in der regenerativen Medizin. Diese könnte zukünftig bei der Behandlung von Knorpelschäden verbesserte Möglichkeiten eröffnen.
Ein Forscherteam der Yokohama National University in Japan hat eine neue Methode im 3D-Druck entwickelt, die es ermöglicht, die komplexe Mikrostruktur von Knochen nachzubilden. Diese Technologie verspricht neue Möglichkeiten in der regenerativen Medizin, insbesondere für die Knochengewebe-Regeneration und die Expansion hämatopoetischer Stammzellen. Durch die präzise Nachahmung von Knochenstrukturen könnte sie zukünftig bei der Behandlung von Knochenerkrankungen und in der Stammzellforschung eine wichtige Rolle spielen.
Die Verwendung von Eis im 3D-Druckverfahren ermöglicht die Erstellung von komplexen Blutgefäßnetzwerken, die entscheidend für die Entwicklung von im Labor gezüchtetem Gewebe und Organen sein könnten. Forscher der Carnegie Mellon University stellten ihre Forschungsergebnisse jetzt vor.
Studierende der University of Rochester entwickeln ein innovatives 3D-Bioprinting-System zur Herstellung pflanzlicher Pharmazeutika, das durch den Klimawandel gefährdete Pflanzenarten schützt. Diese kostengünstige und zugängliche Technologie ermöglicht die Synthese komplexer chemischer Verbindungen und adressiert zugleich globale Herausforderungen im Gesundheitssektor.
Ein Team der Universität Bayreuth hat eine innovative 3D-Drucktechnologie entwickelt, die Hydrogele und Fasern kombiniert, um Gewebe mit einachsiger Zellausrichtung herzustellen. Diese Technologie könnte bedeutende Fortschritte in der regenerativen Medizin und Biofabrikation ermöglichen.