3D-Bioprinting soll Zahl der Tierversuche senken

In das sogenannte 3D-Bioprinting werden große Hoffnungen gesetzt. Nach Einschätzung der Weltgesundheitsorganisation (WHO) könnte es helfen, um Herausforderungen wie die Reparatur oder den Ersatz menschlicher Organe und Gewebe zu bewältigen. Bioprinting ist als Forschungsfeld vor rund 20 Jahren entstanden. Mit 3D-Druckverfahren werden lebende Zellen mit Hilfsstoffen, die ein Gerüst bilden, zu größeren Gewebestrukturen »gedruckt«. Dafür gibt es verschiedene Technologien. Beim Inkjet-Verfahren etwa werden sogenannte Biotinten als winzige Tröpfchen über mehrere Druckköpfe schichtweise auf ein Substrat aufgetragen.

Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) forscht man unter anderem an künstlichen Baby-Herzklappen und zur Hornhaut des Auges (Cornea). Am Ende sollen für Menschen mit Cornea-Erkrankungen maßgeschneiderte und funktionsfähige Hornhäute entstehen, die nur ein minimales Risiko von Abstoßungsreaktionen haben. Das liegt laut Professor Dr. Ute Schepers vom Institut für Funktionelle Grenzflächen am KIT daran, dass die verwendeten Zellen vom betroffenen Patienten stammen. Aus einem Hautstück könnten in etwa vier Wochen sogenannte induzierte pluripotente Stammzellen erstellt werden. Daraus könnten sich verschiedene Zelltypen entwickeln – etwa für die Hornhaut.

Auch wenn 3D-gedruckte Organteile wie Haut oder Knorpel teilweise schon erfolgreich eingesetzt werden, reichen die derzeit zur Verfügung stehenden Materialien und Methoden noch bei weitem nicht aus, wie es in einer Publikation von Oktober 2023 des damaligen Bundesforschungsministeriums (BMBF) heißt. »Zu komplex und im Detail noch zu wenig verstanden sind der Aufbau und die Funktion menschlicher Organe.«

Was ist das Problem? Im Labor herrschen sterile Bedingungen, Zellen können mit Nährlösungen gewissermaßen gedüngt werden, wie Professor Dr. Niels Grabow erklärt. »Aber nach einer Transplantation muss das Konstrukt in Wechselwirkung mit dem Organismus funktionieren«, sagt der Sprecher des Fachausschusses Biomaterialien und medizinische Implantate der Deutschen Gesellschaft für Biomedizinische Technik. »Auf der einen Seite ist das Transplantat im Körper möglicherweise mit Blut in Kontakt, während es auf der anderen mit Gewebszellen in Kontakt steht.«

Die Cornea sei mehr oder weniger zweidimensional, sagt Grabow, der am Institut für Biomedizinische Technik der Universitätsmedizin Rostock ebenfalls zur Hornhaut forscht. »Da hat man hohe Chancen, dass man die Versorgung vergleichsweise gut hinbekommt.« Je weiter man aber in den Körper hineingehe und je größer die Organe würden, desto schwerer werde etwa die Anbindung an Blutgefäße, erklärt er und nennt die Leber als Beispiel. »Da sprechen wir von einem Kilogramm-schweren Organ und nicht von einer dünnen Zellschicht.«