Knochen aus dem 3D-Drucker

In Freiburg an der Uni-Klinik wird an einem Druck-Verfahren gearbeitet, das aus Zellen von Knochen und Blutgefäßen funktionsfähige Knochen erzeugt. Die Gefäßzellen sollen die Durchblutung des Gewebes verbessern, indem sie eine Verbindung zum Blutkreislauf des Patienten herstellen. 

Für die Entwicklung der 3D-Druck-Methode erhalten die Wissenschaftler Unterstützung: Sie werden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft drei Jahre lang gefördert und bekommen für diesen Zeitraum 460.000 Euro. Sollte sich das Verfahren bewähren, könnten damit auch größere Kunstgewebe, vielleicht sogar ganze Organe, gedruckt werden. 

„Bei der Entwicklung von künstlichem Knochengewebe ist die Frage der Blutversorgung noch immer weitgehend ungelöst. Dadurch ist sowohl die Größe als auch der Typ des Gewebes stark beschränkt“, sagt Prof. Dr. Günter Finkenzeller, Forschungs-Sektionsleiter an der Klinik für Plastische und Handchirurgie des Universitätsklinikums Freiburg. Bekannt ist, dass sich die Blutversorgung eines künstlich erzeugten Gewebes durch sogenannte Endothelzellen verbessern lässt. Diese Zellen kleiden die Gefäße aus und können auch selbst neue bilden. Doch bisher stirbt das Gros der Knochenzellen wegen Sauerstoffmangels, bevor überhaupt Gefäße gebildet werden konnten.

 „Unser Ansatz sieht vor, dass wir die Endothelzellen genauso wie die Knochenzellen per 3D-Druck in dem Gewebe an die Stelle platzieren, wo sich die Gefäße ausbilden sollen“, sagt Finkenzeller. „Die Gefäße des künstlichen Gewebes könnten dann zeitnah nach der Operation mit den Gefäßen des umgebenden gesunden Gewebes zusammenwachsen und so die Blutversorgung des Kunstgewebes sicherstellen.“   

Mit Spezialdruckern ist es jetzt schon möglich, kleine und relativ einfach strukturierte Gewebeeinheiten zu drucken. Dafür werden dem Körper Zellen entnommen, in einer Nährlösung vermehrt und mit einem 3D-Drucker in eine Trägermatrix eingebracht. Diese wird dann implantiert. „Der 3D-Druck von lebendigem Hautgewebe könnte in fünf bis sieben Jahren klinisch Bedeutung erhalten“, sagt Günter Finkenzeller. „Bei der Herstellung und Implantation von Knochengewebe wird es allerdings länger dauern, da dafür noch zentrale Fragen der Gewebe-Abstoßungs-Reaktion geklärt werden müssen.“   

Das Forschungsprojekt, so hoffen die Freiburger Wissenschaftler, könnte erheblich zum Fortschritt der Forschung und Technologie im Bereich der Gewebeersatzforschung und des Tissue Engineering beitragen. In einem ersten Schritt wird ein spezieller „BioPrinter“ gebaut. Für ihn ist ein Druckverfahren zu finden, mit dem Knochenzellen und Blutgefäßzellen verarbeitet werden können, so dass diese einen funktionsfähigen Gewebeverband bilden. In einem späteren Schritt wird die Methode dann anhand chirurgischer Modelle überprüft.