Bioprinter
Ein Bioprinter (Biodrucker, 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 herzustellen. Bioprinter könnten in der Medizin (spezifische Organe), in der synthetischen Biologie (künstliche Lebensformen) und in der Lebensmittelindustrie (künstliches Fleisch) zum Einsatz kommen. Bioprinter sind nach Herstellerangaben in einem sehr fortschrittlichen Entwicklungszustand. 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 synthetisches Fleisch herstellen als Ersatz für industrielle Tierproduktion. Das Verfahren wird im Allgemeinen mit "Bioprinting" bezeichnet.[1]
Funktionsweise
Ein Bioprinter funktioniert ähnlich wie ein auf dem FDM-Verfahren basierter 3D-Drucker. Ein Extruder baut Formen aus dem Stoff auf, in diesem Fall kein Thermoplast wie zum Beispiel ABS, sondern ein polymeres Gel, z. B. auf Alginat-Basis, mit darin eingeschlossenen lebenden Zellen. Organovos Bioprinter setzt mit einer anderen vielversprechenden Technologie 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.
Zum heutigen Tage können mit der Technologie einfach aufgebaute Gewebe gedruckt werden, wie etwa Muskel, Knorpel, Haut, Teile der Leber sowie Teile der Niere. Diese werden hauptsächlich für Medikamententests hergestellt.[1]
Medizinischer Einsatz
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.[2] Ein wesentliches Problem ist zum Beispiel die Erzeugung eines funktionstüchtigen Blutgefäßsystems.[3]
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. 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 verwendet werden. Kleinere Knochenteile oder Zahnersatz aus Calciumphosphat werden bereits im 3D-Druckverfahren hergestellt. Üblich ist es allerdings, bei Knochen das Material von speziell gezüchteten Rindern zu verwenden.
Synthetische Biologie
In der synthetischen Biologie könnten Bioprinter eingesetzt werden, um neuartige Lebensformen zu drucken. Ein in der Öffentlichkeit sensationelles Ergebnis in der synthetischen Biologie war ein „Medusoid“,[4] eine künstliche „Qualle“ aus Muskelzellen von Ratten und Silikon, welche schwimmen konnte.[5] Diese wurde allerdings nicht nur durch einen Bioprinter erzeugt.
Lebensmittelindustrie
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 Viehzucht und 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 schätzte die Kosten eines gedruckten Stückes Fleisch 2013 auf mindestens 50.000 Euro.[6]
Die Satire einer solchen Lebensmittelindustrie wurde im Film „Brust oder Keule“ bereits 1976 vorgestellt, in dem Louis de Funès die Hauptrolle spielt und heimlich in eine Fabrik eindringt, in der beispielsweise Hähnchen künstlich hergestellt werden.
Aktuelle Bioprinter
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.[7] Jeder „normale“ 3D-Drucker kann theoretisch zum Bioprinter werden, indem man den Kunststoff durch Zellen ersetzt. In Animationen wird oft ein BioFab 4000 (später auch ein BioFab 4500) dargestellt, den es allerdings nicht wirklich gibt, sondern es soll nur die Funktion illustriert werden. 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
- Offizielle Internetseite von Organovo
- Offizielle Internetseite von Modern Meadow
- Mehrere Berichte über Bioprinting auf Golem, u. a. die Silikonqualle u. Modern Meadow
Einzelnachweise
- ↑ a b Leslie Haeny: Bioprinting: Wenn der 3-D-Drucker lebende Haut ausspuckt. In: netzwoche. 20. Mai 2019, abgerufen am 8. Dezember 2021.
- ↑ 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
- ↑ 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
- ↑ Werner Pluta: US-Forscher erschaffen künstliche Qualle. In: golem.de. 23. Juli 2012, abgerufen am 8. Dezember 2021.
- ↑ 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
- ↑ Knochenfabrik, Interview mit Professor Stampfl der TU Wien zu Bioprinting, abgerufen am 13. August 2013.
- ↑ 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.
