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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Einem internationalen Forscherteam ist es gelungen, mit einem neuartigen 3D-Bioprinting-Verfahren lebende Mäusegehirnzellen zu drucken. Sie verwendeten dafür den von ihnen entwickelten Laser-Induced-Side-Transfer (LIST). Mit dieser Methode würden sich zum Beispiel Tierversuche in der Medikamentenforschung deutlich reduzieren lassen.
Forscher des Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) haben aus Alginat eine Palette aus acht Farben an biologische abbaubarer Biotinte für den 3D-Druck hergestellt. Das Alginat ist ein Material, das typischerweise in Braunalgen vorkommt. Um das sonst farblose Material mit Farbe zu versehen, ergänzten die Forscher ihre „ArtSea Ink“ mit Glimmerpulver.
Das schwedische Unternehmen Fluicell hat eine mit Hilfe von 3D-Bioprinting entwickelte insulinfreisetzende Biokomposite für Typ-1-Diabetes entwickelt. Diese basiert auf Geweben, die mit dem Biopixlar-System von Fluicell erzeugt wurden. Fluicell hat in seiner Forschung versucht transplantierbare Biokomposite zu verwenden um die Produktion von Insulin effektiv nachzuahmen.
Ein internationales Forscherteam, zum dem auch deutsche Wissenschaftler aus Schleswig-Holstein zählen, hat ein 3D-gedrucktes Wundpflaster entwickelt, das dabei helfen soll, chronische Wunden zu heilen. Die Wirkung im „smarten Pflaster“ wird durch grünes Licht aktiviert. Bei zwei typischen Wundkeimen erwies sich das Pflaster bereits als nützlich und außerdem verträglich. In einer Arbeit im Fachjournal Advanced Functional Materials haben die Forscher ihre Ergebnisse veröffentlicht, welche wir im folgenden Beitrag einmal zusammenfassend wiedergeben.
Das Biokonvergenzunternehmen BICO hat das US-amerikanische Bioprinting-Unternehmen Advanced BioMatrix über den Kauf von Aktien erworben. Es ist die sechste Akquise von BICO, das bis vor wenigen Wochen noch CELLINK hieß. BICO will mit seiner neuesten Übernahme weltweit marktführend bei 3D-Biotinten und -Reagenzien werden.
Forscher aus Singapur von der Nanyang Technological University (NTU) haben eine mit Sonnenblumenextrakt beladene 3D-Druck-Biotinte entwickelt. Mit einer Methode, die der Seifenherstellung ähnelt, verwandeln die Forscher die Sonnenblumenpollen in eine Mikrogel-Suspension. Dank der Pollenbasis zeigte das Ergebnis „gute strukturelle Treue“ und „erhöhte Druckauflösung“. Sie soll sich unter anderem auch dafür eignen eine neue Generation biomedizinischer Geräte herzustellen.
Israelischen Forschern von der Universität Tel Aviv ist es erstmals gelungen einen aktiven Tumor mit 3D-Bioprinting nachzubilden. Damit wollen sie eine gezieltere Behandlung aggressiver Tumore ermöglichen. Wir stellen die Arbeit der Wissenschaftler einmal genauer vor.
Die beiden US-amerikanischen Medizintech-Unternehmen Humabiologics und Allegro 3D wollen in Zukunft zusammenarbeiten und dabei die Entwicklung von Biotinten aus menschlichem Gewebe für den Bio-3D-Druck forcieren. Humabiologics entwickelt im Rahmen der Kooperation neuartige und optimierte Biotinten, die als zuverlässige Alternativen zu Tierversuchen für die Arzneimittelforschung gelten sollen und sich mit den Bioprintern von Allegro 3D verarbeiten lassen können.
Ein Forscherteam der University of Otago und der Harvard Medical School haben einen harzbasierten Bio-3D-Drucker entwickelt, der auf Grundlage von einem Smartphone basiert. Mit diesem konnten sie erfolgreich mit Harz und zellbeladenen Materialien drucken. Die Forscher beschreiben ihren 3D-Drucker als „eine Basistechnologie für das zukünftige In-vivo-Biodrucken“.
CELLINK ist ein 2016 gegründetes Unternehmen für Bioprinting-Verfahren und -Geräte. Das börsenorientierte Unternehmen gehört zu den Pionieren und Marktführern auf dem Gebiet des 3D-Drucks mit organischen Substanzen. Jetzt hat das Unternehmen eine Namensänderungen angekündigt. CELLINK heißt jetzt zukünftig BICO.
Nach den Bombenanschlägen am Boston Marathon 2013 wurde am Wyss Institute die Idee für ein Produkt geboren mit dem sich perforierte Trommelfelle behandeln lassen. Mit der PhonoGraft-Plattform entstand ein Weg, das Trommelfell mithilfe eines Implantats zu behandeln. Das Implantat wird mit 3D-Druck hergestellt. In Tierversuchen wuchsen während der Heilung des Trommelfells native Zellen und Blutgefäße in das biokompatible PhonoGraft-Material.
Das 3D-Druck-Unternehmen 3D Systems und CollPlant Biotechnologies haben eine Vereinbarung unterzeichnet und wollen im Ramen dieser eine 3D-gedruckte Weichgewebematrix entwickeln. Kombiniert mit einem Implantat soll die Weichgewebematrix den unteren Brustteil stützen. Mit dem Einsatz von 3D-Druck soll eine bessere, passgenaue Brustrekonstruktionen möglich werden.
Forscher der niederländischen TU Delft haben 3D-Drucker und eine Biodrucktechnik eingesetzt, um Algen in lebende Photosynthesematerialien abzulagern, die widerstandsfähig, zäh und flexibel sind. Das neue Material lässt sich unter anderem für künstliche Blätter verwenden. Künstliche Blätter ahmen während der Photosynthese echte Blätter nach und wandeln Wasser und Kohlendioxid in Sauerstoff und Energie um.
Der Bioprinting-Spezialist FluidForm hat eine Unternehmenskooperation mit Ethicon, einem Tochterunternehmen von Johnson and Johnson (J&J), beschlossen. Ziel beider Unternehmen ist es die patentierte FRESH Bioprinting-Technologie für verschiedene Anwendungen zu erweitern und einsetzen.
Im Rahmen der Vascular Tissue Challenge hat die NASA zwei Wissenschaftlerteams des Wake Forest Institute for Regenerative Medicine mit dem ersten und zweiten Platz ausgezeichnet. Der Wettbewerb zielte darauf ab, das Tissue Engineering – oder zu Deutsch „Gewebezucht“ – zu beschleunigen. Die Gewinnerteams nutzten die Vorteile des 3D-Drucks, um ihre Varianten vom lebendigen Gewebe herzustellen. Eine solche Gewebezucht würde nicht nur den Weltraumforschern zukünftige Missionen erleichtern, sondern auch Menschen auf der Erde behilflich sein.
Forscher der University of Nottingham haben ein neues 3D-Druckverfahren für Multi-Material-Bioprinting entwickelt, mit dem sich künstliche Körperteile und andere medizinische Geräte mit integrierter Funktionalität maßgeschneidert herstellen lassen. Die 3D-gedruckten Teile bieten eine bessere Form und Haltbarkeit und verringern gleichzeitig das Risiko einer bakteriellen Infektion.
Forscher der Northwestern University ist ein seltener Fund gelungen. In den Zähnen eines Chitons olivaceus, der so genannten Käferschnecke, wurde das seltene Material Santabarbarait entdeckt. Die Forscher haben anschließend auf Basis des Eisenminerals eine Tinte entwickelt, die für den 3D-Druck ultraharter Objekte geeignet ist.
Das schwedische 3D-Druck-Unternehmen CELLINK wird den deutschen Nano-3D-Drucker-Hersteller Nanoscribe für 50 Millionen Euro übernehmen. Damit erhält CELLINK Zugriff auf die Zwei-Photonen-Polymerisation (2PP) von Nanoscribe. Diese will CELLINK in seine eigene Technologie integrieren und sein Angebot an professionellen 3D-Druck-Lösungen so erweitern.
Der polnische IT-Dienstleister Zdalny Serwis wird in diesem Jahr einen DRIP-Prototypen-3D-Drucker auf den Markt bringen, für den das Unternehmen derzeit noch an einem FDM-Upgrade arbeitet. Das Duroplast Reactive Inkjet Printing-System (DRIP) ermöglicht dann auch den FDM-3D-Druck. Die Anwendungsbereiche des DRIP-Geräts liegen dabei in der gedruckten organischen Elektronik und Biotechnologie. Wir stellen den neuen 3D-Drucker-Prototypen einmal genauer vor.
3D Systems hat die Übernahme der 3D-Bioprinting-Firma Allevi und der Simulationsfirma Additive Works bekanntgegeben. Mit der hochautomatisierten Simulationssoftware Additive Works möchte 3D Systems das Additive Manufacturing noch effizienter gestalten. Mit der Übernahme des 3D-Bioprinting-Unternehmens Allevi erweiter 3D Systems sein Lösungsportfolio und stellt sich breiter auf dem Markt der Medizinbranche auf.