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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Wissenschaftler der Universität von Wisconsin-Madison haben das weltweit erste 3D-gedruckte Gehirngewebe entwickelt, das natürliche Gehirnfunktionen emuliert. Diese Innovation öffnet neue Wege für die Erforschung neurologischer Erkrankungen.
Schottische Forscher der NHS Golden Jubilee und der Universität Strathclyde nutzen den 3D-Druck zur Entwicklung von Hüftprothesen, die patienteneigene Zellen integrieren. Diese Methode könnte die Lebensdauer von Implantaten verlängern und weitere Operationen vermeiden.
Forscher der Texas A&M University haben eine 3D-gedruckte elektronische Haut entwickelt, die menschliche Haut nachahmt. Die „E-Haut“ bietet Potenzial für die Gesundheitsüberwachung und verbesserte Prothetik.
Vital3D hat einen mikroskopischen Weihnachtsbaum vorgestellt, der mit lebenden Zellen verziert ist und die Fortschritte im 3D-Druck und Bioprinting symbolisiert. Dieser Durchbruch demonstriert das Potenzial der 3D-Drucktechnologie in der Medizin, insbesondere im Bereich der Geweberegeneration und Organtransplantation. Der Einsatz der FemtoBrush-Technologie ermöglicht komplexere und funktionellere Strukturen.
Das Nanyang Technologische Universität (NTU) und das Singapore General Hospital (SGH) arbeiten an einer neuen Form der Gesundheitsversorgung durch 3D-Druck. Ihr Fokus liegt auf Bioprinting und der Entwicklung personalisierter medizinischer Geräte. Diese Technologien könnten die Behandlung von Patienten revolutionieren, stehen jedoch noch vor klinischen Tests am Menschen.
Forscher haben eine neue Technik im 3D-Druck entwickelt, die es ermöglicht, biokompatible Strukturen durch mehrschichtige Gewebe zu erstellen. Diese Methode nutzt fokussierten Ultraschall und eine speziell entwickelte Tinte. Der Ansatz verspricht, viele chirurgische Eingriffe sicherer und weniger invasiv zu gestalten.
Inventia Life Science hat den Inventia Third Dimension Grant ins Leben gerufen, um die 3D-Zellkulturforschung zu fördern. Das RASTRUM-Gerät ermöglicht es Forschern, detailliertere und realitätsnahe Untersuchungen durchzuführen, die mit herkömmlichen 2D-Zellkulturen oder Tiermodellen nicht möglich sind. Dieses Programm steht Forschungslaboren in Europa offen, die sich für den Einsatz von 3D-Modellen in der biomedizinischen Forschung interessieren.
Wissenschaftler am Rensselaer Polytechnic Institute in New York haben einen bedeutenden Fortschritt erzielt, indem sie erfolgreich Haarfollikel in laborgezüchtetem Hautgewebe mittels 3D-Druck herstellten. Dieser Durchbruch könnte nicht nur eine mögliche Lösung für Haarausfall bieten, sondern auch die regenerative Medizin und Hautgewebe-Engineering revolutionieren. Die Entwicklung zeigt das Potenzial der Automatisierung von Prozessen in der Biomanufaktur von Haut.
Die Medizinische Hochschule Hannover hat einen wichtigen Schritt im Bereich der medizinischen Anwendung des 3D-Drucks gemacht, indem sie ein maßgeschneidertes Ohr-Implantat einsetzte, das nicht nur als Stent dient, sondern auch Medikamente abgibt.
Ein internationales Forscherteam entwickelt mit Hilfe des 3D-Bioprintings eine verbesserte Methode zur Darstellung komplexer Krebserkrankungen. Die innovative Technik könnte die Behandlung von Krebsarten wie Brustkrebs revolutionieren und bietet einen detaillierteren Einblick in Tumoren und deren Umgebung.
Millionen von Menschen leiden weltweit an Knochenfehlern. Mit den Fortschritten im 3D-Druck haben Forscher aus China von der Wuhan University of Technology piezoelektrische Gerüste mit Formgedächtnis entwickelt, die eine vielversprechende Lösung darstellen und die Knochenregeneration fördern können.
Französische Wissenschaftler haben den 3D-Druck genutzt, um menschenähnliches Gewebe zu schaffen, das möglicherweise Einblicke in Alterung und Krankheiten bietet. Diese Entwicklung könnte die Genauigkeit und Zuverlässigkeit zellulärer Forschung erheblich verbessern.
Forscher der Universität Oxford nutzen 3D-Druck, um Gewebe zu schaffen, das der menschlichen Großhirnrinde ähnelt. Dieses Gewebe zeigt Potenzial für die Behandlung von Hirnverletzungen und könnte den Weg für personalisierte Therapien ebnen.
Wissenschaftler der Monash University in Australien haben mittels 3D-Druck ein neuronales Netzwerk aus Rattengehirnzellen erstellt. Dieser Fortschritt könnte den Weg für alternative Methoden zu Tierversuchen ebnen und dabei helfen, personalisierte Medizin voranzutreiben.
Die US-Agentur ARPA-H unterstützt das Vorhaben der Stanford University, innerhalb der nächsten fünf Jahre ein menschliches Herz mithilfe des 3D-Drucks zu produzieren. Trotz der enormen Fortschritte in diesem Bereich betont der Hauptverantwortliche, dass die breite Anwendung noch Jahrzehnte entfernt sein könnte.
Forscher der University of California San Diego haben eine Methode entwickelt, um Wasser mithilfe von 3D-Druck und gentechnisch veränderten Bakterien zu reinigen. Die Technik nutzt ein Algen-basiertes Polymer als Tinte und die Bakterien zerstören nach ihrer Arbeit Schadstoffe und sich selbst.
Die Rückkehr des Dragon-Raumschiffs von SpaceX markiert einen Meilenstein in der Weltraumforschung. An Bord befand sich ein mit Redwire’s BioFabrication Facility im Weltraum 3D-gedrucktes menschliches Meniskusgewebe, das nun auf der Erde analysiert wird. Dieses Projekt könnte den Weg für zukünftige medizinische Anwendungen des 3D-Drucks weisen.
Im AstroCardia-Projekt arbeiten belgische Partner daran, ein 3D-biogedrucktes Miniatur-Herzmodell zu entwickeln und es ins Weltall zu senden. Die Mission, die 2025 startet, zielt darauf ab, die Auswirkungen des Alterns auf das Herz zu untersuchen und die Erkenntnisse könnten die personalisierte Medizin vorantreiben.
Forscher der Queen’s University Belfast haben 4D-gedruckte Brustimplantate entwickelt, die für die Behandlung von Brustkrebs eingesetzt werden können. Die Implantate können ihre Größe ändern und Chemotherapie-Medikamente freisetzen. Dies ermöglicht eine personalisierte und effizientere Behandlung für Patientinnen.
Forscher aus Los Angeles vom Terasaki Institute for Biomedical Innovation haben einen neuen Bio-Tintenstoff entwickelt, der das Wachstum und die Regeneration von mit 3D-Druck hergestelltem Muskelgewebe fördert. Diese Methode könnte zukünftig Menschen helfen, die durch Krankheiten oder Operationen Muskelverlust erleiden.