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07.01.2014

16:57 Uhr

3D-Druck

Pünktchen für Pünktchen zum Fettgewebe

Eine Mini-Niere aus dem 3D-Drucker? Das ist schon Realität. Allerdings sind die Forscher auf dem Gebiet des Bioprintings noch weit von tatsächlich verpflanzbaren Organen entfernt. Auch in Deutschland arbeiten sie daran.

Bioprinting am Fraunhofer IGB: Noch ist das Drucken von verwendbarem Gewebe nicht möglich. IGB

Bioprinting am Fraunhofer IGB: Noch ist das Drucken von verwendbarem Gewebe nicht möglich.

Stuttgart/HannoverEs sieht aus wie Blindenschrift, was diese Art aufgemotzter Tintenstrahldrucker auf die pink gefärbten Trägergele fabriziert. Ausgestattet mit Kanülen und Schläuchen setzt der Apparat eine spezielle Flüssigkeit auf Gelatinebasis Pünktchen neben Pünktchen. „Wir können auch Linien oder ganze Muster drucken“, erklärt Kirsten Borchers, Projektleiterin am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB) in Stuttgart.

Die Werkzeuge der 3D-Drucker

3D-Drucker

Ein 3D-Drucker wandelt am Computer entworfene Konstruktionen in reale Objekte um. Dabei trägt er Schicht für Schicht ein Material auf – entweder indem er heißen Kunststoff durch eine Düse presst, mit einem Laser ein Metallpulver an den entsprechenden Stellen schmelzen lässt oder Kunstharz mit UV-Licht aushärtet. Weil das Material Schritt für Schritt hinzugefügt wird, ist von einem additiven Verfahren die Rede.

CNC-Fräse

Auch eine CNC-Fräse erstellt aus einer digitalen Konstruktionszeichnung ein Objekt. Mit einem Bohrkopf bearbeitet sie einen Block aus Holz, Kunststoff oder Metall, bis die gewünschte Form übrig bleibt. Experten bezeichnen das auch als subtraktives Verfahren.

3D-Scanner

Wer ein Objekt nicht selbst konstruieren will, kann sich mit einem 3D-Scanner behelfen. Dieser tastet mit einem Laser oder einer Kamera Gegenstände ab und wandelt sie in ein 3D-Bild um.

Lasercutter

Ein Lasercutter schneidet Muster in verschiedene Materialien – von Holz bis Metall. Um daraus dreidimensionale Objekte zu erstellen, müssen Bastler mehrere dieser Platten übereinander kleben.

Computer

Wie beim 2D-Druck ist der Computer die Steuerungszentrale: Nutzer können am Bildschirm mit CAD-Software Konstruktionen entwerfen. Auch wenn sie Objekte mit einem 3D-Scanner erfassen, geht es nicht ohne die maschinellen Berechnungen.

In der speziellen Gelatine schwimmen Zellen aus Knorpelgewebe. Diese entwickeln sich auch erfolgreich fort, wie die Forscher in ersten Untersuchungen festgestellt haben. Ihr Ziel: Die Gele sollen so behandelt und mit Zellen versetzt werden, dass irgendwann einmal unterschiedliche natürliche Gewebe nachgebildet werden können - von festem Knorpel- bis hin zu weichem Fettgewebe. Der Drucker soll das Biotinte genannte Material dann Schicht für Schicht aufeinanderlegen, so dass am Ende dreidimensionale Gebilde entstehen.

„Wir sind aber noch ganz am Anfang“, macht Borchers klar. „Bis wir etwas Funktionales haben, etwa ein Gewebe inklusive anschließbarer Blutgefäße, wird es bestimmt noch fünf Jahre dauern.“ Für etwas, was medizinisch Anwendung findet, rechne sie mindestens das Doppelte der Zeit.

Die erste Hürde haben die Stuttgarter überwunden: Die Biotinte musste flüssig sein, um sie drucken zu können. Damit sich danach aber feste Gewebestrukturen bilden, muss sie kontrolliert verhärten. Borchers und ihr Team haben nun eine chemische Methode gefunden, mit der beides funktioniert. Denn die Gelatine vernetzt sich erst wieder zu einer festen Masse, wenn sie mit UV-Licht bestrahlt wird. Das dann entstehende Hydrogel enthält lebende Zellen und löst sich weder bei Hitze noch im Wasser - wie ein natürliches Gewebe eben.

Die nächste Herausforderung steht jetzt an: Um größere Gewebestücke drucken zu können, müssen Blutgefäße produziert werden. „Sonst sterben Zellen ab“, sagt Lothar Koch, Leiter der Gruppe Biofabrication am Laser Zentrum Hannover. Dort produziert er Haut - allerdings bislang in einfacher Form ohne Drüsen und Haare.

Zwar vermeldeten Forscher in den USA erste Erfolge etwa mit einer gedruckten Mini-Niere. „Das ist aber weit entfernt von einer echten Niere und überhaupt noch nicht leistungsfähig“, macht Koch deutlich.

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