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Neue Technik

Gewebe aus dem 3-D-Drucker

16.02.2016
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Von Annette Mende / Mithilfe einer neu entwickelten Technik ist es US-amerikanischen Forschern gelungen, Knorpel, Knochen und Muskelgewebe dreidimensional auszudrucken. Das Besondere daran: Die Gewebestücke sind viel größer und stabiler als alles, was man bislang mit dem 3-D-Drucker herstellen konnte.

In »Nature Biotechnology« berichten die Wissenschaftler um Hyun-Wook Kang, wie sie bisherige Hindernisse der Technik überwanden (DOI: 10.1038/nbt.3413). So stabilisierten sie das Gewebe, indem sie zwischen den mit verschiedenen Zellarten beladenen Hydrogel-Schichten ein Gerüst aus einem biologisch abbaubaren Polymer einbrachten. Um die Versorgung der Zellen mit Sauerstoff und Nährstoffen sicherzustellen, bauten sie Mikrokanäle ein.

 

Der von den Forschern so genannte integrierte Gewebe-Organ-Drucker (integrated tissue-organ printer, ITOP) besteht aus verschiedenen Patronen, in denen das Hydrogel, das Gerüst-Polymer sowie die benötigten Zelltypen enthalten sind. Diese können beispielsweise aus Fruchtwasser gewonnene Stammzellen oder spezialisierte Zelltypen wie Chondrozyten aus Ratten sein. Vor der Herstellung eines passenden Gewebestücks wird dessen Form zunächst anhand von Computer- oder Magnetresonanztomografie ermittelt. Anschließend werden die Trägersubstanzen sowie die benötigten Zellen computergesteuert über Mikrodüsen in der gewünschten Form ausgedruckt.

 

Da Gewebe aus dem 3-D-Drucker nicht vaskularisiert ist, müssen die Zellen über Diffusion mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgt werden. Das funktioniert aber nur über eine Distanz von 100 bis 200 µm, was die maximale Schichtdicke bislang stark beschränkte.

Über die vom ITOP eingebauten Mikrokanäle ist nun eine Diffusion auch in tiefer gelegene Schichten möglich. Die Forscher produzierten mit dem ITOP ein Teil eines menschlichen Unterkiefers, ein Ohr sowie Skelettmuskulatur. Diese implantierten sie anschließend Versuchsmäusen und konnten zeigen, dass es in vivo zu einer Vaskularisation der Gewebe kam.

 

Weitere Studien müssten nun das Verständnis der Regenerationsprozesse mithilfe von Gewebe aus dem 3-D-Drucker vertiefen, so die Autoren. Im Prinzip könnte sich die von ihnen entwickelte Technik aber dazu eignen, bei Bedarf nicht nur passgenaue Gewebestücke, sondern sogar ganze Organe künstlich herzustellen. /

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