Knochen, Haut und Knorpel aus dem 3D-Drucker
Harte Oberfläche und schwammähnliches Innere - in Zukunft wollen japanische Forscher ein passendes Hüftgelenk aus einem Bio-3D-Drucker herstellen. Diese Entwicklung wäre für die Medizin ein Segen.
Sein Team arbeite an einer neuen Generation von Bio-3D-Druckern, die Haut-, Knochen- und Knorpelimplantate herstellen könnten, sagt Tsuyoshi Takato vom Universitätskrankenhaus in Tokio.
Ausgangsmaterial für die Knochen aus dem Drucker sind Stammzellen - jene Zellen, die sich zu jedem möglichen Teil des Körpers entwickeln können - und Proteine, die das Wachstum auslösen, sowie chemische Substanzen, die dem menschlichen Kollagen ähneln. Mithilfe des 3D-Druckers versuchten sie, "die Struktur von Organen nachzuahmen", beispielsweise die harte Oberfläche und das schwammähnliche Innere eines Knochens, sagt der Professor für Plastische Chirurgie.
Auf Grundlage der Daten eines Computertomographen könne ein Drucker dann binnen weniger Stunden passgenau das benötigte Implantat herstellen. Ein Vorteil dieser Implantate sei, dass sie rasch mit dem körpereigenen Gewebe verwachsen.
3D-Drucker für medizinische Zwecke dürfen keine Zellen zerstören
"Normalerweise benötigt man für ein Implantat Knorpel oder Knochen aus dem Körper des Patienten, aber das ist für diese maßgefertigten Implantate nicht nötig", sagt Takato. Besonders Kindern, die unter Knochen- oder Knorpelproblemen leiden, könnte die neue Technologie helfen. Da sie rasch wachsen, sind die bisher üblichen synthetischen Implantate für sie schlecht geeignet.
Das Hauptproblem bei der Verwendung von 3D-Druckern für medizinische Zwecke ist die entstehende Hitze, die lebende Zellen und Proteine zerstört. "Noch haben wir das noch nicht vollständig gelöst, aber wir haben schon einige Modelle und sind dabei herauszufinden, welches am effizientesten ist", sagt der Wissenschaftler.
Für ihre Forschung verwendet das Team um Takato ein künstliches Protein, das die Firma Fujifilm für Negativfilme entwickelt hat. Da es dem menschlichem Kollagen nachempfunden ist und nicht von Tieren stammt, kann der Körper es leicht integrieren und das Risiko für Infektionen wie beispielsweise BSE ist geringer.
Takato plant in drei Jahren mit den klinischen Tests für Haut aus dem 3D-Drucker zu beginnen. Danach will er Knochen, Knorpel und Gelenke aus dem Drucker am Menschen testen.
Bei einem vorangegangenen Projekt namens "CT Bone" hatten Takato und andere Forscher für die Implantate Calciumphosphat verwendet, aus dem auch echte Knochen bestehen, jedoch keine Stammzellen. Die "CT Bone"-Implantate werden in gebrochene Knochen eingesetzt oder anstelle eines fehlenden Knochenstücks und dienen so als Gerüst für neu wachsende Knochen. Nach etwa zwei Jahren ersetzt körpereigenes Knochenmaterial die künstlichen Knochen.
Tierversuche legten nahe, dass die Regeneration der körpereigenen Knochen noch schneller verläuft, wenn Implantate aus Stammzellen und Collagen eingesetzt werden, sagt Takato. Bis diese in der Praxis zum Einsatz kommen, werden noch ein paar Jahre vergehen. Für die "CT Bone"-Implantate hingegen werden die japanischen Gesundheitsbehörden voraussichtlich noch dieses Jahr ihre Genehmigung erteilen.
AFP