Lebendes Gewebe aus dem 3D-Drucker

Das Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering der Harvard Universität hat eine neue Bioprinting-Methode entwickelt. Der 3D-Drucker bilde Gewebekonstrukte mit mehreren Zelltypen und winzigen Blutgefässen. Ein langersehntes Ziel von Gewebeingenieure könnte damit möglicherweise erreicht werden: Menschliches Gewebe drucken und daran Medikamente testen. Ferner sei mit dieser Methode auch ein wichtiger Schritt in Richtung Bildung gänzlich funktionierenden Gewebes gemacht, welches geschädigtes oder verletztes Gewebe am Menschen ersetzen könnte.

Der lange Weg zum einsetzbaren Labor-Gewebe

Während Jahren hätten Gewebeingenieure versucht, im Labor menschliches Gewebe mit Blutgefässen herzustellen, das genug robust ist, um beschädigtes Gewebe am Menschen zu ersetzten. Die Herstellung von Gewebe sei manchen bereits gelungen, aber es sei nicht dick genug gewesen, um es einsetzten zu können. Bei Versuchen das Gewebe dicker zu machen, seien die Wissenschaftler daran gescheitert, dass Zellen erstickt und gestorben seien. Die Natur umgeht dieses Problem mit einem Netzwerk von winzigen Blutgefässen, welches das Gewebe nährt und "Abfall" abtransportiert. Genau das versuchten die Harvard-Forscher bei ihrer Methode zu imitieren, wie in einem Bericht des Instituts erklärt wird.

Tinte mit Spezialeigenschaft

In der Vergangenheit hätten die führende Autorin der Studie, Dr. Jennifer Lewis, und ihr Team mit einer breiten Sparte an neuartigen Tinten Pionierarbeit geleistet. Diese verfestigten sich demnach mit nützlichen funktionalen elektrischen und mechanischen Eigenschaften in Materialien. Derartige "Biotinten" seien gewebefreundlich und hätten Schlüsselbestandteile von lebenden Geweben. So habe eine Tinte etwa die extrazellulare Grundsubstanz, das biologische Material, welches Zellen zu Gewebe zusammenfüge. Eine andere Tinte enthalte beides, die extrazellulare Matrix und lebende Zellen.

Um Blutgefässe zu bauen, hätten die Forscher eine dritte Tinte mit einer besonderen Fähigkeit entwickelt. Sie schmelze, wenn sie abkühle und nicht, wenn sie erwärme. Dem Bericht zufolge konnten die Forscher so zunächst ein Netzwerk von untereinander verbundenen Fäden drucken und dann das Material kühlen und damit schmelzen. Indem das flüssig gewordene Material abgesogen werde, entstehe schliesslich ein Netzwerk von leeren Schläuchen oder Gefässen.

Das 3D-Gewebe lebt

Das Team habe dann die Leistung und Einsatzflexibilität dieser Methode getestet und Gewebekonstrukte mit einer Vielfalt an Bauweisen gedruckt. Daraus sei eine Struktur mit Blutgefässen und drei verschiedenen Zelltypen entstanden, welche der Komplexität von stabilem Gewebe nahe komme. Als das Team menschliche Endothele, die innerste Wandschicht von Lymph- und Blutgefässen, in das vaskuläre Netzwerk eingespritzte, bildeten diese Zellen die Blutgefässwand. Die Zellen am Leben zu erhalten und im Gewebe wachsen zu lassen, stelle einen wichtigen Schritt in Richtung Drucken von menschlichem Gewebe dar.

Lewis und ihr Team konzentrieren sich laut Bericht auf das Produzieren von funktionalem 3D-Gewebe, das realitätsnah genug ist, um Medikamente auf ihre Sicherheit und Effizienz zu testen. Wissenschaftler könnten damit auch Licht auf die Aktivitäten von lebendem Gewebe werfen, welches eine komplexe Architektur aufweise. Betroffen seien etwa Wundheilung, Blutgefässwachstum oder Tumorentwicklung.

"Gewebeingenieure haben auf eine solche Methode gewartet," lässt sich Dr. Don Ingber, Founding Director des Wyss Instituts, im Bericht zitieren. "Die Fähigkeit, funktionale vaskuläre Netzwerke in 3D-Gewebe zu formen, bevor sie eingebettet werden, ermöglicht nicht nur, dickeres Gewebe zu bilden, sondern erhöht die Wahrscheinlichkeit, die Netzwerke chirurgisch mit natürlichen Blutgefässen zu verbinden. Damit wird das eingebettete Gefäss sofort durchblutet und somit ihr Anwachsen und Überleben stark verbessert."

Die Arbeit der Forscher sei vom Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering und dem Harward Material Research Science and Engineering Center finanziert worden.