Zukunftsvision 3D-Bioprinting: Künstliche Hornhaut aus dem Drucker

Für viele klingen die Themen 3D-Druck und Bioprinting noch sehr nach Science Fiction. Doch ihre Entwicklungen gehen immer schneller voran und man geht davon aus, dass es in Zukunft einen großen Markt dafür geben wird, weil man mit ihrer Hilfe viele medizinische Probleme lösen könnte. Die Entwicklungen im 3D-Druck sind bereits relativ weit vorangeschritten. Es handelt sich hierbei um den Druck mit Kunststoffen. Hier gibt es bereits einige Erfolge zu verzeichnen. Der nächste logische Schritt ist laut den Wissenschaftlern das Bioprinting. Somit kann 3D-Druck nicht klar von Bioprinting abgegrenzt werden. Man muss es eher als eine Weiterentwicklung verstehen. Das Bioprinting bietet die ideale Verbindung von Digitalität und Biotechnologie. Man geht davon aus, dass die Forscher bis in 10 oder 20 Jahren soweit sein könnten, Hautzellen oder ganze Organe auszudrucken. Diese sollen dann auch die Funktion von echter Haut oder Organen erfüllen können. Es müssen hier aber noch umfassende Entwicklungen stattfinden, bis es möglich sein wird beispielsweise ein echtes Herz durch ein gedrucktes ersetzen zu können.

Forschungen an der Universität Newcastle

Auch vor der Augenforschung macht das Thema 3D-Druck und Bioprinting keinen Halt. Forschern an der Universität Newcastle ist es gelungen, eine künstliche Hornhaut aus dem Drucker zu entwickeln. Millionen Menschen leiden an Verletzungen der Hornhaut, die irgendwann sogar zur Erblindung führen können. Die einzige medizinische Möglichkeit, die diesen Menschen bleibt, ist eine Transplantation der äußeren Augenschicht. Doch das Problem ist ähnlich wie bei anderen Organspenden: die Anzahl verfügbarer Spender ist zu gering, um den Bedarf zu decken. Es sind zu wenige Spender von Hornhaut vorhanden, um allen Patienten helfen zu können. Dies war der Ansatz der Forscher an der Universität Newcastle: um diesen Bedarf mit Hilfe künstlich entwickelter Hornhaut Abhilfe zu schaffen. Mit Hilfe eines 3D-Bioprinters ist dies nun möglich.

Das Gel aus dem Drucker

Doch wie kann man sich das praktisch vorstellen? Ein Bioprinter arbeitet wie ein gewöhnlicher Drucker. Der ganz große Unterschied ist, dass aus seinen Düsen eben keine Tinte kommt, die auf das Papier gesetzt wird, sondern eine Biomasse, welche oft als „Gel“ bezeichnet wird und nun gedruckt wird. Die richtige Zusammensetzung dieses Gels zu finden, ist die Hautarbeit in diesem Feld. Die Forscher haben eine Lösung entwickelt, in der Stammzellen einer gesunden Hornhaut mit Alginat und Kollagen vermischt wurden. Weltweit haben Forscher an der richtigen Zusammensetzung mitgewirkt. Entstanden ist diese Gelkombination, welche die Stammzellen am Leben erhält. Die große Herausforderung bestand darin, ein Material zu schaffen, welches hart genug ist, um in Form zu bleiben, aber gleichzeitig auch weich genug, um durch die Düsen des Druckers gepresst zu werden.

Zukunftsperspektiven des 3D-Bioprintings

Es dauert bei den aktuellen Tests etwa zehn Minuten, bis der Drucker die künstliche Hornhaut entwickelt hat. Nach dem Druck konnte beobachtet werden, wie sich die Stammzellen vermehrt haben. Die sind alles sehr positive Anzeichen, die Hoffnung machen, auf diesem Weg künstliche Hornhaut zu produzieren und somit die Anzahl an Transplantationen langfristig zu steigern. Allerdings gehört zur Wahrheit auch, dass noch diverse Tests und Studien vorgenommen werden müssen, um alle Risiken auszuräumen. Es wird wohl also noch mehrere Jahre dauern, bis tatsächlich eine Transplantation einer künstlichen Hornhaut am Patienten durchgeführt werden kann. Es handelt sich hierbei also mehr um den ersten Schritt hin zu einer langfristigen Lösung. Man bewegt sich hier ohnehin noch in einem sehr jungen Feld. Eventuell könnten irgendwann noch weitere Teile des Auges durch den Drucker ersetzt werden, aber die Kunst besteht in der Entwicklung des richtigen Gels. Sehr oft ist es noch so, dass die Stammzellen durch die Hitze beim Druckprozess zerstört werden. Somit ist das aktuelle Beispiel der Universität Newcastle schon ein Erfolg, weil sich die Zellen auch nach dem Druckprozess noch vermehren konnten. Dies ist ein weiterer Schritt auf dem Weg zu einer langfristigen Lösung.

Quellen: ZukunftsInstitut; web.de vom 30.5.2018; vaaju.com vom 31.5.2018