3D-Druck: Makerbot druckt Organe

Kollagen statt Plastik: US-Forscher haben einen 3D-Drucker vom Typ Makerbot so modifiziert, dass er organisches Material verarbeitet. Damit sollen die Forscher künftig Organe aufbauen.

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Arterien aus dem 3D-Drucker: handelsüblicher 3D-Drucker und Open-Source-Software
Arterien aus dem 3D-Drucker: handelsüblicher 3D-Drucker und Open-Source-Software (Bild: Carnegie Mellon University)

Ein Herz aus dem Makerbot: Der Forscher Adam Feinberg will Blutgefäße und Herzen künftig mit einem 3D-Drucker herstellen. Dafür nutzt er ein handelsübliches Gerät: den Makerbot.

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Der Makerbot verarbeitet normalerweise einen harten Kunststoff per Schmelzschichtungsverfahren (Fused Deposition Modeling, FDM). Organisches Material ist jedoch weich. Um das verarbeiten zu können, haben die Forscher von der Carnegie-Mellon-Universität (CMU) in Pittsburgh im US-Bundesstaat Pennsylvania den Makerbot umgebaut.

Der Druckkopf ist eine Spritze

Sie haben den Druckkopf, durch den der geschmolzene Kunststoffdraht gepresst wird, durch eine Spritze ersetzt. Damit können sie das Druckmaterial wie Kollagen, Algin und Fibrin ausbringen, wie die Forscher in der Fachzeitschrift Science Advances schreiben.

Schwierig ist es jedoch, mit diesen weichen Materialien dreidimensionale Strukturen aufzubauen. Beim 3D-Druck mit Kunststoff werden Stützstrukturen gedruckt, die später weggebrochen werden. Eine Stützstruktur aus einem weichen Material ist aber ebenfalls weich. Das Team um Feinberg hat dafür eine Lösung gefunden: Gedruckt wird in einem Bad aus einem Hydrogel. Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels, kurz Fresh, hat es das Verfahren genannt.

Ein Gel trägt das andere

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Dabei wird das Druckmaterial mit der Spritze in das Hydrogel ausgebracht, das dann als Träger dient. "Im Grunde drucken wir ein Gel in ein anderes Gel, das es uns ermöglicht, das weiche Material beim Drucken Schicht für Schicht genau zu positionieren", sagt Feinberg. Gedruckt wird in einer kühlen Umgebung.

Anschließend muss das stützende Hydrogel entfernt werden. Dazu wird das fertige Werkstück einfach leicht erwärmt. Dadurch wird das Hydrogel flüssig und es wird abgegossen. Da das gedruckte Gewebe nur auf Körpertemperatur erwärmt wird, wird es dabei nicht beschädigt.

Forscher drucken Arterien und Herz

Mit diesem Verfahren haben die Forscher bereits Oberschenkelknochen, Koronararterien und Embryo-Herzen hergestellt. Sie hatten die Organe zuvor per Magnetresonanztomographie gescannt. Die Ergebnisse seien von "bisher nicht dagewesener Auflösung und Qualität", sagt Feinberg.

Die Forscher wollen mit dieser Methode unter anderem Herzgewebe oder ganze Herzen drucken und dann den Patienten einsetzen. Das soll künftig Herztransplantationen - sowie das Warten auf ein Spenderherz - überflüssig machen.

Bioprinting an sich ist nichts Neues. Seit einigen Jahren arbeiten Forscher daran. Allerdings nutzen sie dafür teure Ausrüstungen. Feinberg und seine Kollegen hingegen setzen auf einen günstigen, handelsüblichen 3D-Drucker sowie Open-Source-Software wie Meshlab. Vorteil der Open-Source-Software sei aber nicht nur der Preis, sagt Feinberg: Sie könnten die Drucksoftware selbst anpassen, um das Druckergebnis zu verbessern.

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