Forschern ist es erstmals gelungen mit dem Bio-3D-Drucker BioFabrication Facility (BFF) einen Meniskus im Weltraum im Bioprinting-3D-Druckverfahren herzustellen. Das Forschungsprojekt gelang im Rahmen eines Programmes, das den 3D-Biodruck an unterschiedlichen Orten untersucht. Wir stellen die Ergebnisse der Forschungsarbeit vor.

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Als Teil des FAME-Programms (Fabrication in Austere Military Environments) ist es gelungen, das eigenen Angaben zufolge erste funktionelle 3D-Bioprinting-Experiment im Weltraum durchzuführen. An Bord der ISS wurde mit der BioFabrication Facility (BFF) im Rahmen des 4D Bio3-Programms ein menschlicher Meniskus im 3D-Druckverfahren hergestellt. Das Luft- und Raumfahrtunternehmen TechShot und der Mikrodispensing-Spezialist nScrypt waren ebenfalls am 3D-Bioprinting-Experiment beteiligt. Das Experiment gehört zum Plan, fortschrittliche Weichteile und ganze Organe in der Schwerelosigkeit des Weltraums herzustellen.

3D-Druck mit der BioFabrication Facility

Die BioFabrication Facility ist der erste 3D-Drucker, der menschliches Gewebe im Weltraum fertigt, ein so genannter Bioprinter – konzipiert und einsetzbar in Schwerelosigkeit. Wir haben die BFF im vergangenen Jahr vorgestellt. Es werden pluripotente Stammzellen genutzt, mit denen lebensfähiges Gewebe erzeugt wird. Dies geschieht mit feinen Bioink-Schichten, mit einem Durchmesser von einigen Mikrometern, die in bestimmten Mustern präzise organisiert werden.

Auf der Erde kollabieren Weichteile unter ihrem eigenen Gewicht, was ein flüssiges Durcheinander zellulärer Verbindungen hinterlässt. Auf der ISS ist die Anziehungskraft der Erde schwächer, weshalb die 3D-gedruckten Weichteile ihre Form behalten. Der Senior Research Scientist des Experiments, Dr. Joel Gaston, beschreibt die Herstellung menschlicher Organe ohnehin als schwierig, da es widersprüchliche Anforderungen an Bioinks gibt, die die gewünschten Eigenschaften des Gewebes aufweisen.

Astronaut Morgan vor 3D-Drucker
Der Astronaut Andrew Morgan kümmert sich um den 3D-Druck des Meniskus (Bild © NASA).

Weitere Ziele des FAME-Programms

Meniskusverletzungen sind laut der Geneva Foundation eine der häufigsten orthopädischen Verletzungen beim Militär und kann zu üblen Schmerzen und Problemen führen. Mit der Forschung des 3D-Druck vom Meniskus lässt sich dieser auch in raueren Umgebungen auf der Erde umsetzen.

Dr. Vincent Ho, Direktor des 4D Bio3-Programms, erklärt:

„Unser FAME-Programm (Fabrication in Austere Military Environments) untersucht die Herausforderungen des 3D-Drucks gesundheitsbezogener Produkte in verschiedenen Remote-Umgebungen, in denen unsere Servicemitglieder häufig eingesetzt werden. Die erste Pilotstudie wurde in der Wüstenhitze Afrikas durchgeführt. Dort wurden chirurgische Instrumente, bioaktive Bandagen, anatomische Modelle und menschliches Meniskusgewebe erfolgreich in 3D gedruckt. Die zweite Pilotstudie liefert bald wertvolle Erkenntnisse über die Herausforderungen und Vorteile der 3D-Biofabrikation des menschlichen Meniskus im Weltraum auf der ISS. Weitere Experimente sind im Dschungel, im Wasser, in der Arktis und in großer Höhe geplant.“

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