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10.12.2016 - 06:26
Foto: © [2008] JupiterImages Corporation

Forscher will mit 3D- Drucker Organe produzieren

Die Technik haben Millionen Menschen zu Hause und in ihren Büros stehen. Doch die meisten Computerbesitzer benutzen Tintenstrahldrucker nur, um Text und Grafik in Schwarzweiß oder Farbe aufs Papier zu bringen. Manche Wissenschaftler wollen mehr. Der japanische Forscher Makoto Nakamura beispielsweise will seinen Drucker irgendwann einmal dazu verwenden, menschliche Organe zu produzieren.

"Letztendlich hoffe ich, dass ich ein Herz schaffen kann", sagt der Professor am Institut für Wissenschaft und Technologieforschung an der Universität von Toyama. Bis dahin ist es allerdings noch ein weiter Weg.

Nur das Prinzip scheint klar: Statt mikroskopisch kleiner Tintentröpfchen soll der Drucker in Zukunft Tausende menschliche Zellen pro Sekunde aus dem Druckkopf schleudern - und sie dabei gleich zu einem dreidimensionalen Organ zusammensetzen. "Es ist, als würde man einen Wolkenkratzer unter dem Mikroskop zusammenbauen", erklärt Nakamura. "Statt Stahlträgern, Beton und Glas benutzt man verschiedene Arten Körperzellen und anderes Material."

Erste Organe aus dem Drucker in 20 Jahren

Bis auf diese Weise ein menschliches Herz entsteht, dürfte es noch gut 20 Jahre dauern, schätzt Nakamura. Für all jene Patienten, die auf eine Transplantation warten, wäre eine solche Massenproduktion menschlicher Organe ein Segen. Ein Herz, das aus den Zellen des Patienten selbst geschaffen wird, dürfte das Risiko deutlich verringern, vom Körper abgestoßen zu werden.

Nakamura zählt zu den Pionieren im neuen Forschungsbereich des "Organ Printing". Die Technologie funktioniert wie beim Teilen einer Frucht: Ein Organ wird horizontal geteilt, sodass sich der Blick auf die Zellen an der Schnittfläche öffnet. Wenn ein Drucker diese Zellen an der richtigen Stelle der Organkopie positioniert und diesen Vorgang für alle Schichten wiederholt, entsteht ein neues dreidimensionales Organ. So wie ein Tintenstrahler verschiedene Farben auswählt, kann das Gerät verschiedene Zelltypen platzieren.

Bereits Zellwände aus lebenden Zellen "gedruckt"

Nakamura ist es bereits gelungen, hauchdünne Zellwände aus lebenden Zellen herzustellen. Er benutzt dazu einen 3D- Drucker, den sein Team in einem dreijährigen Projekt entwickelt hat. Das Gerät hat eine Genauigkeit von einem Tausendstel Millimeter und druckt mit einer Geschwindigkeit von drei Zentimetern in zwei Minuten.

"Es geht einfach darum, mit neuen Organen Leben zu retten", beschreibt der Forscher seine Motivation. Als Kinderarzt, der Kinder mit Herzproblemen behandelte, hatte Nakamura schnell den Eindruck, dass die Medizin mit ihrem bisherigen Können bei vielen Patienten machtlos ist: "Ich musste ihnen beim Sterben zusehen." Mit 36 gab der Arzt seine klinische Arbeit auf und widmete sich ganz der Forschung.

Verstopfte Druckerdüsen

Jahrelang erforschte Nakamura künstliche Herzen aus dem Labor, kam allerdings zu dem Schluss, dass sie noch keine Alternative für Spenderherzen sind. Dann fand der Forscher heraus, dass Tropfen aus dem Tintenstrahler etwa die gleiche Größe wie menschliche Zellen haben: einen Durchmesser von einem Hundertstel Millimeter. 2002 kaufte sich Nakamura einen handelsüblichen Seiko- Epson- Drucker und versuchte, ihn mit Zellen zu bestücken. Doch die Düse verstopfte. Als der Mediziner einer Mitarbeiterin des Kundendienstes erklärte, er wolle Zellen drucken, wollte die Frau ihm nicht weiterhelfen. Erst nach mehreren Versuchen willigte Epson ein und sicherte Nakamura Unterstützung zu.

"In der Zukunft werden wir diese Technologie brauchen"

2003 verkündete Nakamura, die Zellen hätten den Druckvorgang überlebt. Der Japaner war einer der ersten Forscher, der eine 3D- Struktur aus realen lebenden Zellen mit Hilfe eines Tintenstrahldruckers herstellte. Damit die Zellen nicht austrocknen und in eine dreidimensionale Form kommen, werden sie in einer Lösung aus Natriumalginat gelagert und auf Kalziumchlorid gedruckt. In der Zukunft könnte die Technologie den Weg für die Verwendung von Stammzellen ebnen - und damit für die Schaffung gesunder neuer Organe. "Ich weiß wirklich nicht, was die künftigen Möglichkeiten sind", sagt Nakamura ganz offen. "Aber in der Zukunft werden wir diese Technologie brauchen."

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