Ein Herz wie gedruckt

14. Februar 2012, 19:16
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Organe wie Leber, Niere und Herz drucken statt transplantieren: Das ist die kühne Zukunftsvision von Forschern, die auf 3-D-Printer setzen

Mit der Technologie von Tintenstrahldruckern lassen sich schon jetzt körpereigene Zellen zu neuem Gewebe formen.

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Mit der Technologie eines Tintenstrahldruckers Leben retten? Was absurd klingt, spukt seit geraumer Zeit durch diverse Labors. Weltweit arbeiten Forscher an einer Methode, mit der in Zukunft menschliche Organe wie Leber, Niere und Herz Schicht für Schicht ausgedruckt werden könnten.

Die Tropfen eines Tintenstrahldruckers haben nämlich mit einem Durchmesser von einem Hundertstelmillimeter in etwa die gleiche Größe wie menschliche Zellen. Im Jahre 2003 schaffte es der japanische Wissenschafter Makoto Nakamura von der Universität Toyama erstmals, menschliche Zellen unbeschadet durch einen handelsüblichen Epson-Drucker zu schicken.

Ende 2009 brachte das kalifornische Start-up Organovo den ersten kommerziellen 3-D-Biodrucker auf den Markt. Der Preis betrug damals rund 200.000 US-Dollar. Das Gerät druckt menschliches Zellgewebe: Ähnlich den 3-D-Druckern, die Plastiktröpfchen in alle möglichen Formen bringen, sprüht der Bio-Printer Punkt für Punkt Zellen an genau jene Stellen auf einer Matrix, die ein Computer berechnet hat.

Die Technologie hat einen entscheidenden Vorteil gegenüber der manuellen Gewebezüchtung im Labor, nämlich die mikroskopisch genaue Feinjustierung der Zellen. Außerdem erhofft man sich vom Druckverfahren, dass es auch das Problem der Nährstoffversorgung lösen wird, welches man bei dickeren Gewebsstücken hat: In Ansätzen funktioniert es bereits, jene Blutgefäße in die Gewebsstrukturen hineinzuprogrammieren, die das Zellmaterial mit Sauerstoff am Leben erhalten.

Kiefer aus dem Drucker

Derzeit können bereits relativ einfache Strukturen wie menschliche Haut oder Muskeln mit Bioprintern gedruckt werden. 2008 wurde erstmals einem Menschen ein kompletter Luftröhren-Ersatz verpasst. Erst letzte Woche gelang es Forschern der belgischen Universität Hasselt zum ersten Mal, einer Patientin ein mittels 3-D-Drucker hergestelltes Kiefertransplantat einzusetzen. Diese Methode der künstlichen Herstellung von biologischem Gewebe, genannt Tissue Engineering, ist vor allem aufgrund der geringen Abstoßungsgefahr interessant - schließlich basieren die Gewebsstücke auf Zellen, die dem Patienten selbst entnommen wurden.

Grundlage für die Gewebsstücke ist dabei eine Gerüststruktur, an der neue Zellen angesiedelt werden, die wiederum in Kombination mit speziellen Biomaterialien selbständig neues Gewebe produzieren. Die Zellen sind dabei äußerst anpassungs- und kommunikationsfähig. Wenn man also beispielsweise Zellen auf eine knochenähnliche Struktur aufbringt, dann bilden sie aufgrund der Umgebung automatisch weiteres Knochenmaterial.

Jürgen Stampfl vom Institut für Werkstoffwissenschaft und -technologie an der TU Wien, stellt solche Gerüste per Laserdruckverfahren her. Diese werden anschließend ans Wiener AKH weitergegeben, wo man sich um die Zellkulturen kümmert. Einfachere Gewebsstrukturen wie Knorpel, Blutgefäße oder Kreuzbandgewebe ließen sich so schon relativ gut herstellen. Doch wird man schon bald ein vollständiges Organ-Ersatzteillager drucken können? "Schlagende Herzzellen gibt es bereits", sagt Stampfl. "Dass man einen beschädigten Bereich des Herzens ersetzen kann, könnte aus rein technisch-biologischer Sicht in fünf Jahren bereits möglich sein. Und wenn ich mich aus dem Fenster lehne, würde ich sagen: in zehn Jahren vielleicht ein ganzes Organ."

Zweifel an Organzüchtung

Mediziner sind diesbezüglich wesentlich skeptischer. Karlheinz Tscheliessnigg, Vorstand der Grazer Universitätsklinik für Chirurgie, hält einen biologischen Nachbau des Herzens aufgrund seiner komplexen Struktur für völlig unmöglich. Viel wahrscheinlicher sei es, dass man in 20 bis 25 Jahren "Hybrid-Organe" aus künstlichem und eigenem Gewebe erzeugen kann, die Funktionen eines Organs übernehmen, dieses jedoch nicht vollständig ersetzen können: "Doch an Organzüchtung bis dahin glaube ich nicht."

Stefan Marlovits, Unfallchirurg an der Universitätsklinik der Medizinischen Universität Wien, leitete in den 1990er-Jahren eines der weltweit ersten Forschungsteams im Bereich der Knorpelzelltransplantation, dem ersten erfolgreichen klinischen Tissue-Engineering-Ansatz. Marlovits glaubt, dass vor allem die Zulassung derartiger Verfahren die Entwicklung bremsen wird: "Europa hat sehr strenge Zulassungskriterien. Zellprodukte sind gleichgestellt mit Arzneimitteln - das ist aufwendig und teuer."

Teure Biomaterial-Zulassung

Jürgen Stampfl von der TU Wien überschlägt, dass die Zulassung für neues Biomaterial bei der European Medicines Agency (EMA) um die zehn Millionen Euro kosten würde, ein neues Medikament sogar mindestens 100 Millionen Euro. "Wenn man dann noch Zellen dabei hat, dann wird das sehr, sehr teuer", meint Stampfl. Abgesehen von den finanziellen Kosten müsse man mit einem Zulassungsprozess von rund einer Dekade rechnen.

Ethisch bedenklich sei die Organzüchtung übrigens nicht - "außer man verwendet embryonale Stammzellen", sagt Helge Torgersen vom Wiener Institut für Technikfolgenabschätzung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften. Viele mögen bei künstlichen Organen an Frankenstein denken und abgeschreckt reagieren, doch die Technologie unterscheide sich nicht wesentlich von anderen Bereichen der experimentellen Medizin.

Bisher haben vor allem kleine Start-ups die Entwicklung von Organ Printing vorangetrieben. Die Pharmaindustrie zeigt nur wenig Interesse, in diesem Bereich zu investieren. Dominik Rünzler, Leiter des Forschungsbereichs Tissue Engineering am Technikum Wien, sieht Chancen, dass sich das ändern könnte: "Die Anzahl derer, die eine Transplantation brauchen, steigt ständig, und das Angebot an Organen bleibt gleich. Damit wächst dieser Markt täglich." Wenn der erste große Pharmariese investiere, würden die anderen nachziehen. Ein entscheidender Nutzen von Organ Printing - und Ansporn für die Pharmaindustrie - ist außerdem, dass sie Tierversuche ersetzen könnten.

Anfang September werden sich Experten für Geweberegeneration in Wien über den neuesten Forschungsstand austauschen: Dann findet der alle drei Jahre stattfindende Weltkongress der Tissue Engineering and Regenerative Medicine Society in der Wiener Hofburg statt. Dass die Tagung ausgerechnet in Wien abgehalten wird, ist kein Zufall: "In Österreich haben wir wahrscheinlich europaweit die kritischste Masse an Forschern im Bereich Geweberegeneration", sagt Heinz Redl, Kongresspräsident und Leiter des Ludwig-Boltzmann-Instituts für experimentelle und klinische Traumatologie. Sie werden weiter den Traum vom künstlich aufgerüsteten Organismus verfolgen - ob gedruckt oder nicht. (DER STANDARD, Printausgabe, 15.02.2012)


Link
www.wc2012-vienna.org

Bis zum 17. 2. können Beiträge für den Tissue-Engineering-Welt-kongress eingereicht werden.

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    Auch für die Behandlung von Brandopfern leistet der Bioprinter wertvolle Dienste: Im Vorjahr demonstrierten US-Forscher, wie man mit einem adaptierten Druckt Hautzellen direkt auf Brandwunden sprüht.

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