Bioprinting: Knorpel aus dem 3D-Drucker

Kaninchen: Knorpelzellen aus einem Kaninchenohr und Polymerfäden (Bild: Werner Pluta/Golem.de)

Eine elektrische Spinnmaschine und ein Tintenstrahldrucker sind modifiziert und zu einem 3D-Drucker kombiniert worden, mit dem sich Knorpelgewebe künstlich herstellen lässt. Damit wollen US-Forscher künftig beschädigte Knorpel nachbauen und den Verletzten implantieren.

US-Wissenschaftler haben ein Verfahren entwickelt, um Knorpel mit dem 3D-Drucker herzustellen. Damit soll es möglich sein, individuell angepasstes Knorpelgewebe für Patienten aufzubauen.

Das künstliche Gewebe besteht aus einem Polymer sowie aus Knorpelzellen aus dem Ohr eines Kaninchens. Die Forscher vom Wake Forest Institute for Regenerative Medicine in Winston-Salem im US-Bundesstaat North Carolina haben einen eigenen 3D-Drucker dafür konstruiert: Dieser setzt sich zusammen aus einem herkömmlichen Tintenstrahldrucker und einer Spinnmaschine, die mit Hilfe elektrischen Stroms aus der Polymerlösung feine Fäden erzeugt.

Fünf Lagen

Der Drucker erzeugt abwechselnd Lagen aus Polycaprolacton und den Knorpelzellen, die sich in einem Fibrin-Kollagen-Hydrogel befinden. So entsteht ein 1 Millimeter dickes Gewebe aus fünf Schichten.

Bisher habe künstlich hergestelltes Gewebe nicht die nötige Stabilität gehabt, um daraus lasttragende Teile wie etwa Knorpel aufzubauen, schreiben die Forscher in der Fachzeitschrift Biofabrication. Zudem fehle diesem Gewebe die nötige Flexibilität. Der von ihnen produzierte Knorpel hingegen sei stabiler als der bisher künstlich hergestellte, berichten die Forscher.

Maßanfertigung

Den gedruckten Knorpel haben die Wissenschaftler Mäusen eingesetzt. Nach acht Wochen hatte er die Eigenschaften von echtem Knorpel ausgebildet. Die Forscher glauben deshalb, dass künftig Maßanfertigungen von Knorpeln für Patienten erschaffen werden können, die Verletzungen erlitten haben.

"Diese Studie ist der Nachweis der Machbarkeit und zeigt, dass es möglich ist, durch die Kombination von Materialien und Fertigungsmethoden haltbare und implantierbare Konstruktionen herzustellen", sagte James Woo, einer der Autoren der Studie, der BBC.

Ohr aus dem 3D-Drucker

Woo beschäftigt sich schon seit einiger Zeit mit Bioprinting. Im vergangenen Jahr hat er auf der Jahreskonferenz der wissenschaftlichen Gesellschaft der USA, der American Association for the Advancement of Science (AAAS), ein System vorgestellt, mit dem sich Haut auf Brandwunden drucken lässt. Auf der gleichen Konferenz präsentierte Hod Lipson von der Cornell-Universität in Ithaca im US-Bundesstaat New York eine Modifikation des vom ihm mitentwickelten Open-Source-3D-Druckers Fab@Home: Das Gerät verarbeitet biologische Materialien und soll künftig Implantate aufbauen. Zur Demonstration druckte Lipson ein Ohr - allerdings aus Silikon.

Eine skurrile Variante des Bioprintings entwickelt das US-Unternehmen Modern Meadow: Es will Steaks, Schnitzel sowie diverse Lederprodukte aus einer Biotinte per 3D-Drucker herstellen.