Bioprinting: Gibt es bald menschliche Organe aus dem Drucker?
In unserer Serie Future Human stellen wir dir die neuesten Entwicklungen, die verrücktesten Ideen und vielversprechende Zukunftsforschungen der Longevity Wissenschaft vor. In diesem Artikel geht es um das Thema Bioprinting. Dabei handelt es sich im Grunde um 3D-Druck, nur dass statt Plastik oder Metall lebende Zellen verwendet werden. Stell dir vor, du druckst organisches Gewebe und vielleicht sogar irgendwann ganze Organe. Forscher nutzen diese Technik, um Gewebe nachzubauen, zum Beispiel für Haut, Knorpel oder Leberzellen. Das Ziel ist, eines Tages Ersatzteile für den menschlichen Körper zu schaffen, die individuell für jede Person „gedruckt“ werden können. Lies jetzt, wie Bioprinting funktioniert, was der Stand der Wissenschaft ist und welche Firmen ganz vorn mitmischen.
Was ist Bioprinting?
Am Anfang des Artikels erklären wir dir noch mal in einem Absatz, was Bioprinting eigentlich ist:
Bioprinting ist im Prinzip wie 3D-Druck, aber mit lebenden Zellen statt Plastik. Du hast eine Art „Bio-Tinte“, die aus Zellen und einem speziellen Gel besteht, und damit werden Schicht für Schicht Gewebestrukturen gedruckt. Das Ganze wird dann weiter kultiviert, damit die Zellen wachsen und sich zu funktionierendem Gewebe entwickeln. Forscher hoffen, so Organe drucken zu können, die für Transplantationen genutzt werden. Momentan wird es aber vor allem für die Forschung und für Tests verwendet, um unter anderem Tierversuche zu ersetzen.
Aber wie genau funktioniert das Ganze? Lies dazu mehr in unserem nächsten Absatz.
Wie funktioniert Bioprinting?
Beim Bioprinting läuft es so ab: Du nimmst lebende Zellen und mischst sie mit einer „Biotinte“, die meistens aus Hydrogelen besteht. Diese Mischung wird dann in einem 3D-Drucker Schicht für Schicht aufgetragen – ähnlich wie bei einem normalen 3D-Drucker, nur dass hier lebendes Material zum Einsatz kommt.
Die Zellen werden in dieses Gel eingebettet, das ihnen Struktur gibt. Damit die Sache klappt, wird das Gedruckte dann in eine spezielle Umgebung gegeben, wo die Zellen weiterwachsen und sich zu funktionierendem Gewebe entwickeln.
Es gibt verschiedene Drucktechniken, insbesondere den Extrusionsdruck, bei dem das Material wie durch eine Spritze herausgedrückt wird, oder den Inkjet-Druck, bei dem kleine Tropfen aufgetragen werden. Der Trick ist, die Zellen dabei am Leben zu halten und dafür zu sorgen, dass sie genug Nährstoffe bekommen, um sich zu echtem Gewebe zu entwickeln.
Was ist Biotinte?
Biotinte ist das Material, das beim Bioprinting verwendet wird, um Gewebe zu drucken. Sie besteht aus einer Mischung aus lebenden Zellen und einem Gerüstmaterial, meistens Hydrogelen. Diese Gele sind wie eine Art weiches, wasserhaltiges Gel, das den Zellen Struktur gibt und sie an Ort und Stelle hält, während sie weiterwachsen. Biotinten müssen außerdem so gestaltet sein, dass sie nach dem Drucken fest werden und gleichzeitig die Zellen am Leben bleiben. Es gibt natürliche und synthetische Biotinten, und das Ziel ist, eine Tinte zu entwickeln, die perfekt für das jeweilige Gewebe funktioniert, das man drucken will.
Wie weit ist die Wissenschaft: Wann können wir Organe drucken?
Die Wissenschaft ist beim Bioprinting laut dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BBF)¹ schon ziemlich weit, aber ganze Organe für den Menschen sind noch Zukunftsmusik.
Aktuell können einfache Gewebestrukturen wie Haut oder Knorpel gedruckt werden und diese werden laut dem BBF auch schon klinisch genutzt. Forscher haben sogar 3D-gedruckte Ohrmuscheln transplantiert. Allerdings sind komplexe Organe wie Herzen oder Lebern viel schwieriger, weil bisher nicht genau verstanden wird, wie all die verschiedenen Zelltypen und Strukturen im Detail zusammenspielen. Es wird also noch einige Jahre dauern, bis man funktionsfähige Organe drucken kann. Laut einem Bericht des BBF reden wir über 10 bis 20 Jahre.
Wird in Deutschland ebenfalls zu Bioprinting geforscht?
In Deutschland wird auch fleißig am Bioprinting geforscht! Es gibt viele Forschungsinstitute, wie das Karlsruher Institut für Technologie oder das Fraunhofer-Institut, die da mitmischen. Auch Unis, zum Beispiel in Heidelberg oder Würzburg, sind ganz vorn dabei. Deutschland hat sich eine gute Position erarbeitet und muss sich auch vor den USA und China nicht verstecken, die ebenfalls stark in der Forschung sind.
Wer hat Bioprinting erfunden?
Die Idee für Bioprinting kam vor etwa 20 Jahren auf, als Forscher anfingen, sich mit der Kombination von 3D-Druck und lebenden Zellen zu beschäftigen. Das genaue „Wer“ ist schwer zu sagen, weil es nicht nur eine Person war, sondern eher eine Entwicklung aus der Wissenschaft heraus, wo verschiedene Teams weltweit mit 3D-Druck experimentiert haben. Seitdem hat sich das Ganze stark weiterentwickelt, und immer mehr Forschergruppen und Start-ups stürzen sich auf das spannende Thema.
Welches Volumen hat die Bioprinting Industrie?
Es gibt mittlerweile laut dem BBF¹ eine wachsende Industrie rund um Bioprinting. Für 2022 wurde das weltweite Marktpotenzial auf etwa 1,3 Milliarden US-Dollar geschätzt, und es wird erwartet, dass der Markt bis 2027 jährlich um rund 20 % wächst. Es gibt schon etwa 70 aktive Unternehmen weltweit, die sich darauf spezialisiert haben, Bioprinter und Biotinten zu entwickeln oder Dienstleistungen anzubieten, wie das Drucken von Gewebe für Forschung oder Medizin. Firmen wie Cellbricks aus Deutschland und Black Drop Biodrucker sind ganz vorn dabei. Diese Start-ups treiben die Technologie voran und auch große Unternehmen wie BASF und Bayer haben in den Bereich investiert.
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Quelle:
1: Titel: Bioprinting Potenziale für medizinische Forschung und Anwendung
Quelle: Bundesministerium für Bildung und Forschung Link: https://www.bmbf.de/SharedDocs/Publikationen/de/bmbf/5/31816_Bioprinting.pdf?__blob=publicationFile&v=2
- Tags: Future Human