Weil bestimmte Dinge in der Tumor- und Medikamentenforschung an 2-D-Modellen nicht getestet werden können, galt das Drucken von Gewebe mit Blutgefäßen lange als eine Art heiliger Gral. Durch 3-D-Bioprinting kann die Feinstruktur eines bestimmten Organs nachgebildet werden.
Seit eineinhalb Jahren arbeiten die Innsbrucker Forscherinnen und Forscher am Projekt. Bisher hatte das Labor zweischichtige Hautmodelle entwickelt. Durch eine Kooperation mit einer Kremser Firma, die sich auf die Herstellung künstlicher Bandscheiben spezialisiert hat, kam jetzt der Durchbruch.
Drucken mit Proteinen und Zellen
Im Computer wird die Position einzelner Zelltypen und Blutgefäße vorgegeben. Dann werden bioaktive, mit lebenden Zellen versetzte Protein-Gele Schicht für Schicht gedruckt. Statt der üblichen heißen metallenen Druckköpfe beim normalen 3-D-Drucker hat der 3-D-Biodrucker Kartuschen, aus denen er die Zell-Protein-Gel-Mischung durch eine Nadel oder über Sprühköpfe herausdrückt und so das Gewebe aufbaut.
Das Hautmodell wächst und organisiert sich dann selbstständig. Nach etwa sechs bis acht Tagen bilden sich die Gefäßstrukturen aus. Das fertige Modell hat drei Schichten: „Es besteht aus Blutgefäßen, Bindegewebe und letztlich der Epidermis, die die Barriere zur Umwelt bildet. Diese Hornschicht ist essenziell für die Funktion und entsteht, weil das Gewebe der Luft ausgesetzt ist“, erläuterte Judith Hagenbuchner, die Leiterin des 3-D-Bioprinting-Labors.
3-D-Haut soll Tierversuche ersetzen
Anfangs habe man sich vor allem auf Wundheilung konzentriert, die Anwendungsgebiete seien aber zahlreich: „Da wir dieses Hautmodell standardisiert herstellen, wird es auch für eine Vielzahl weiterer Anwendungen wie Medikamenten- und Kosmetika-Testung, Erforschung von Infektionen und Allergien und in der Krebsforschung eingesetzt werden können“, so der Leiter des molekularbiologischen Forschungslabors, Michael Außerlechner.
Man will auch untersuchen, ob die Hautmodelle auch aus den Zellen eines spezifischen Patienten aufgebaut werden und so ganz individuelle Bedingungen widerspiegeln können. Die komplexen, mit blutgefäßähnlichen Kanälen durchzogenen Hautäquivalente machen jedenfalls weniger Tierversuche in der Forschung und Testung nötig.
Organe aus dem 3-D-Drucker
Transplantiert wird die gezüchtete Haut derzeit noch nicht. Auch komplexe Organe aus dem 3-D-Drucker sind noch Zukunftsmusik: „Ein menschliches Herz besteht aus 100 Milliarden Zellen. Eine Petrischale, wie wir sie im Labor verwenden, fasst rund fünf Millionen Zellen. Ein solches Unterfangen übersteigt derzeit unsere Kapazitäten“, gaben die Forscher zu bedenken.
Unmöglich sind im Labor gezüchtete Organe aber nicht. Verhältnismäßig einfache Organe, etwa eine Blase, können bereits gedruckt und Patientinnen und Patienten implantiert werden.