Die 3D Druck Dienstleistung für Transplantationen
Schon einige Male haben wir in unseren News über die neuen Möglichkeiten berichtet, die die 3D Druck Dienstleistung in der Medizin erbringen kann. Da gibt es bekanntlich ungeheuer spannende Entwicklungen, die zu revolutionären Neuerungen vor allem in der Chirurgie führen können. Wir erinnern nur an das 3D Druck Verfahren, mit dem in Zukunft lebendes Gewebe zu Organen gedruckt werden soll. Hier besteht allerdings nach wie vor das Dilemma der engen Zeitschleuse.
Im Bio-Printing werden Zellstrukturen aus einer Nährlösung gedruckt. Die dazu nötige Stabilisierung des Gewebes übernimmt dabei ein Gel. Nur Minuten bleiben den 3D Druck Dienstleistern, um das Gewebe zu bearbeiten, ehe es wieder in die rettende Nährlösung eingelegt werden muss, ein bislang unlösbares Problem. Wie so häufig in der Entwicklung der 3D Druck Dienstleistung kann allerdings die Erfindung nur einer neuen Komponente oder die Änderung des zugrundeliegenden 3D Druck Verfahrens einen bisherigen „Stuck State“ überwinden.
Revolutionäre 3D Druck Dienstleistung als Gemeinschaftsarbeit
So geschehen ist es auch in diesem Fall und zwar durch eine Zusammenarbeit der LMU und der TU in München. Unter Leitung des Lehrstuhls für biologische Chemie hat ein Gemeinschaftsteam aus Studierenden einen renommierten Wettbewerb am MIT in Boston gewonnen. Der International Genetically Engineered Machine (iGEM) wird jährlich für bahnbrechende Lösungen in der synthetischen Biologie verliehen.
Die Studenten haben eine neue 3D Druck Technologie entwickelt, mit der sie lebende Zellstrukturen quasi als 3D Druck Dienstleistung aufbauen können. Damit kann mittelfristig das größte Problem der chirurgischen Medizin gelöst werden: Der weltweite Mangel an geeigneten Spenderorganen für die Transplantation. Um diesen Durchbruch in der 3D Druck Dienstleistung zu erzielen, musste eine interdisziplinäre Zusammenarbeit von Studenten der synthetischen Biologie, der molekularen Biotechnologie, des Protein-Designs und der Ingenieurwissenschaften stattfinden.
Neue Komponente im medizinisch-biologischen 3D Druck
Bislang wurden bei dieser Art Bio-Printing aus dem 3D Drucker zunächst Gerüststrukturen gedruckt, die aus einem biokompatiblen Hydrogel bestanden. Diese Strukturen wurden anschließend mit lebenden Zellen besiedelt, die daraufhin sozusagen zum Zielgewebe zusammenwuchsen. Jedoch wurden die Zellen durch die Gelatinestruktur auf eine eher unnatürliche Weise zusammengehalten und reagierten unvorhersehbar.
Mit der neuen Entwicklung kann dieser mühsame und zeitraubende Umweg jetzt abgekürzt werden. Mit dem umgebauten 3D Drucker werden zukünftig lebende Zellen direkt zu einem 3D Druckmodell zusammengesetzt. Möglich wird das durch einen völlig neuen biologischen Klebstoff, sozusagen einem Zweikomponenten-Kleber für den 3D Drucker. Scherzhaft wird diese Verbindung auch schon als Bio-Tinte bezeichnet.
So funktioniert der 3D Druck für lebende Zellen
Aus der Biochemie ist das Verhalten der zwei Komponenten natürlich schon länger bekannt. Das Biotin ist eine Art Vitamin, mit dem die Zellen vor dem Drucken getränkt werden. Als zweite Komponente für den 3D Druck wird während des Drucks ein Protein zugeführt, das das Biotin an sich bindet. Dieses Streptavidin klebt dann die biotinbeladenen Zellen zusammen. Als Trägermaterial im 3D Drucker werden großvolumige Proteine in einer Lösung mit Biotin benetzt, um während des Druckes die Quervernetzung zwischen den Zellstrukturen herzustellen. Diese Lösung dient gleichzeitig als Nährlösung für die lebenden Zellen.
Wenn die Zellen in diese Lösung hineingedruckt werden, bilden sich exakt die berechneten Organstrukturen. So lässt sich im patentierten biotINK-3D Drucker zukünftig ein plastisch gestaltbares Gewebe drucken. Wir dürfen gespannt sein, wie schnell die nächsten Schritte bis zur ersten erfolgreichen Transplantation eines Organs aus dem 3D Drucker als medizinische 3D Druck Dienstleistung folgen werden. Wir bleiben jedenfalls für Sie am Ball.