Bioprinter

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Ein Bioprinter (selten: organischer Drucker) ist eine spezielle Form eines 3D-Druckers, welcher computergesteuert mit Techniken des Tissue Engineering regelmäßige Strukturen (sogenannte Bioarrays) oder Gewebe aus zuvor gezüchteten einzelnen Zellen herstellen soll. Später soll die Technik es ermöglichen, ganze Organe, oder sogar synthetische Lebewesen herzustellen. Bioprinter könnten in der Medizin (spezifische Organe), in der synthetischen Biologie (künstliche Lebensformen) und in der Lebensmittelindustrie (künstliches Fleisch) zum Einsatz kommen. Tatsächlich werden Bioprinter aber nicht praktisch eingesetzt, obwohl sie nach Herstellerangaben in einem bereits sehr fortschrittlichen Entwicklungszustand sein sollen, angeblich sollen sie bis 2018 in der Praxis genutzt werden können. Firmen, die Bioprinter (Stand: 2013) einsetzen, sind Organovo und Modern Meadow. Beide haben dieselben Gründer. Organovo hat medizinische Einsatzpläne für die Bioprinter, zunächst sollen künstliche Blutgefäße für die Gefäßchirurgie erzeugt werden. Modern Meadow hingegen möchte sie in der Lebensmittelindustrie verwenden. Sie wollen nach eigenen Angaben vor allem der Schlachtung ein Ende setzen.

Funktionsweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ein Bioprinter funktioniert ähnlich wie ein normaler 3D-Drucker. Ein Extruder baut Formen aus dem Stoff auf, in diesem Fall kein PVC, sondern ein polymeres Gel, z. B. auf Alginat-Basis, mit darin eingeschlossenen lebenden Zellen. Organovos Bioprinter setzt Tröpfchen ab, die jeweils etwa 10.000 bis 30.000 Einzelzellen enthalten. Diese sollen sich später, durch geeignete Wachstumsfaktoren angeregt, selbst in funktionstüchtigen Gewebestrukturen organisieren.

Bioprinter haben spezielle Komponenten wie etwa eine Temperaturregulierung, die sehr wichtig für das korrekte Drucken ist.

Medizinischer Einsatz[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Für medizinische Zwecke sind Bioprinter (im experimentellen Bereich) seit dem Jahr 2000 bekannt. Bis heute ist es auch experimentell noch nicht möglich, aus mehreren Gewebetypen bestehende Organe zu drucken. Die Forschung geht teilweise eher in die Richtung, durch den Druckvorgang relativ grobe Zellaggregationen aufzubauen, die anschließend durch biologische Selbstorganisation zu Organen „reifen“ sollen.[1] Ein wesentliches Problem ist etwa die Erzeugung eines funktionstüchtigen Blutgefäßsystems[2].

Es erscheint allerdings durchaus denkbar, dass Bioprinter bzw. damit erzeugte Organe irgendwann Spenderorgane ersetzen können. Ein Vorteil von Bioprinter-Organen ist die genaue Abstimmung auf den vorgesehenen Körper. Bei Spenderorganen muss abgewartet werden, bis ein Organ verfügbar ist, welches möglichst gut passt. Dass überhaupt ein Spenderorgan zur Verfügung steht, ist jedoch meist unwahrscheinlich. Aber auch die mehrstündige „Druckzeit“ eines künstlichen Organes kann bei akuten Unfallverletzungen eine Barriere sein. Transplantate, die mit einem normalen 3D-Drucker gedruckt werden und aus Metall oder Kunststoff bestehen, zählen nicht zum Bioprinting, da keine Zellen zum Drucken eingesetzt werden. Solche Drucke, wie kleinere Knochenteile oder Zahnersatz aus Calciumphosphat werden bereits eingesetzt. Diese sind besonders verträglich für den Körper, weil sie aus körpereigenem Material bestehen und auch körperähnliche Strukturen aufweisen. Üblicher ist es allerdings, dazu Knochen von speziell gezüchteten Rindern zu verwenden.

Synthetische Biologie[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In der synthetischen Biologie könnten Bioprinter eingesetzt werden, um neuartige Lebensformen zu drucken. Ein (aus Sicht der Öffentlichkeit) sensationelles Ergebnis in der synthetischen Biologie war ein „Medusoid“,[3] eine künstliche „Qualle“ aus Muskelzellen von Ratten und Silikon, welche schwimmen konnte [4]. Diese wurde allerdings nicht nur durch einen Bioprinter erzeugt.

Lebensmittelindustrie[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Auch um Lebensmittel wie Fleisch zu erzeugen, könnten Bioprinter massenhaft eingesetzt werden. Die Firma Modern Meadow hat nach eigenen Angaben bereits schmackhaftes Fleisch gedruckt, welches mit geringerem Aufwand als durch Schlachtung entstand. Die Firma will damit der Schlachtung ein Ende setzen. Momentan wird kein „gedrucktes“ Fleisch kommerziell angeboten, obwohl dies geschmacklich und gesundheitlich bereits möglich wäre. Professor Stampfl vom Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie der Technischen Universität Wien schätzt die Kosten eines gedruckten Stückes Fleisch derzeit auf mindestens 50.000 Euro.[5]

Aktuelle Bioprinter[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der derzeit einzige kommerzielle Bioprinter wird von der Firma Organovo angeboten, die auch in die Forschung investiert: NovoGen MMX. Den Preis erhält man nur auf Anfrage. Außerdem werden Verfahren getestet, Bioprinter auf Basis handelsüblicher Tintenstrahldrucker zu entwickeln.[6] Jeder „normale“ 3D-Drucker kann genaugenommen zum Bioprinter werden, indem man das PVC-Pulver durch Zellen ersetzt. In Animationen wird oft ein BioFab 4000 (später auch ein BioFab 4500) dargestellt, den es allerdings nicht wirklich gibt, sondern die Animation illustrieren soll. Selbiges gilt für einen Bioprinter, auf dem das Logo von Hewlett-Packard zu sehen ist. Vermutlich wurde es dort abgebildet, da viele Drucker mit Marktführer Hewlett-Packard in Verbindung gebracht werden. Tatsächlich bietet Hewlett-Packard keine Bioprinter an und plant dies auch derzeit (Stand: 2013) nicht.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Vladimir Mironov, Richard P. Visconti, Vladimir Kasyanov, Gabor Forgacs, Christopher J. Drake, Roger R. Markwald (2009): Organ printing: Tissue spheroids as building blocks. Biomaterials Volume 30, Issue 12: 2164–2174doi:10.1016/j.biomaterials.2008.12.084
  2. Richard P Visconti, Vladimir Kasyanov, Carmine Gentile1, Jing Zhang, Roger R Markwald, Vladimir Mironov (2010): Towards organ printing: engineering an intra-organ branched vascular tree. Expert Opinion on Biological Therapy Vol. 10, No. 3: 409-420 doi:10.1517/14712590903563352
  3. Werner Pluta: US-Forscher erschaffen künstliche Qualle., 23. Juli 2012, golemd.de
  4. Janna C Nawroth, Hyungsuk Lee, Adam W Feinberg, Crystal M Ripplinger, Megan L McCain, Anna Grosberg, John O Dabiri, Kevin Kit Parker (2012): A tissue-engineered jellyfish with biomimetic propulsion. Nature Biotechnology 30: 792–797 doi:10.1038/nbt.2269
  5. Knochenfabrik, Interview mit Professor Stampfl der TU Wien zu Bioprinting, abgerufen am 13. August 2013.
  6. Chizuka Henmi, Makoto Nakamura, Yuichi Nishiyama, Kumiko Yamaguchi, Shuichi Mochizuki, Koki Takiura, Hidemoto Nakagawa (2008): New approaches for tissue engineering: three dimensional cell patterning using inkjet technology. Inflammation and Regeneration Vol.28 No.1: 36-40.