Entwicklung und Kommerzialisierung des 3D-Drucks in der Medizin

Wichtige Informationen:

• Zurzeit warten in Polen fast 2 000 Menschen auf eine Organtransplantation.
• Die Medien berichten zunehmend über Innovationen im 3D-Organdruck.
• Tissue Engineering ist ein Wissenschaftsbereich, der sich mit der Anwendung von medizinischem Wissen und Werkstofftechnik befasst, um Ersatz für geschädigte Organe und Gewebe herzustellen.
• Tissue Engineering ist ein Bereich, der sich durch die Einführung zahlreicher innovativer Technologien rasant entwickelt.
• Die Implantation voll funktionsfähiger gedruckter Organe in den menschlichen Körper wäre eine echte Revolution in der Welt der Medizin, auf die wir leider wohl noch einige Jahre warten müssen.
• Im März 2019 berichteten die Medien über den großen Erfolg der Polen, denen es gelungen ist, den ersten voll funktionsfähigen Pankreas-Prototyp zu drucken.
• Die richtigen Bedingungen zu schaffen, um einem menschlichen Organismus in einem Bioreaktor zu ähneln - das Thema 3D-Druck ist noch ein Zukunftsthema.
• Alles, was in den menschlichen Körper implantiert wird, muss auf zertifizierten Geräten hergestellt werden, die den medizinischen Standards entsprechen.
• Tissue Engineering ist ein Bereich, in dem viele medizinische Probleme gelöst werden können.

Einzelheiten unten!

Zurzeit warten in Polen fast 2 000 Menschen auf eine Organtransplantation. Davon mindestens ein paar Dutzend Menschen - und zwar ganz dringend. Bis vor kurzem bestand die einzig mögliche Lösung zur Verbesserung der Gesundheitsqualität dieser Bevölkerungsgruppe darin, Organe von einem potenziellen Spender zu erhalten. In den Medien wird jedoch zunehmend über Innovationen im 3D-Organdruck berichtet. Wie weit ist der Markt für medizinischen 3D-Druck fortgeschritten und wird der Organdruck in Zukunft ein Selbstläufer sein? Oder werden mit dieser Technik hergestellte Organe in den Regalen der Geschäfte zu finden sein?

Tissue Engineering - was ist das eigentlich?

Tissue Engineering ist ein Wissenschaftsbereich, der sich mit der Anwendung von medizinischem Wissen und Werkstofftechnik befasst, um Ersatz für geschädigte Organe und Gewebe herzustellen. Schon die alten Ägypter, die an ein Leben nach dem Tod glaubten und sehr auf die Unversehrtheit des Körpers bedacht waren, unternahmen erste Versuche, Defekte am Körper zu reparieren. Archäologische Untersuchungen haben ergeben, dass zum Beispiel Zahnprothesen schon damals verwendet wurden. Der Begriff Tissue Engineering selbst wurde jedoch erst 1988 auf einer Tagung der National Science Foundation geprägt. In den 1990er Jahren kam es zu einem Forschungsschub, um Ersatz für fast alle Organe zu entwickeln, und es wurden zahlreiche Innovationen eingeführt - ein Meilenstein für den medizinischen 3D-Druckmarkt.

Druckverfahren

Um den Prozess des Organ-Bioprinting einzuleiten, beginnen die Ärzte in der Regel mit einer Biopsie - der Entnahme eines Teils eines Organs oder eines kleinen Gewebestücks. Dadurch können die Zellen getrennt und außerhalb des menschlichen Körpers gezüchtet werden. Die Entwicklung der Zellen findet in einem speziellen sterilen Inkubator oder Bioreaktor statt, dessen Bedingungen der Innentemperatur und Sauerstoffversorgung des menschlichen Körpers entsprechen. Die Zellen werden dann mit einem Biotuch vermischt, dessen nichtzellulärer Teil im Labor hergestellt werden kann. Die für das Druckverfahren verwendeten Biomaterialien müssen ungiftig, biologisch abbaubar und biokompatibel sein, um eine negative Reaktion des Körpers zu vermeiden.

Im nächsten Schritt setzen die Ärzte den Bioprint in die Druckkammer ein. Die Drucker sind so programmiert, dass sie die Bilddaten des Patienten aus Röntgenaufnahmen und Scans einbeziehen. Auf diese Weise lassen sich Gewebe mit individuellen Eigenschaften herstellen. Die Dauer des Druckvorgangs hängt von vielen Faktoren ab, etwa von der Art des zu druckenden Organs oder Gewebes. In der Regel dauert er jedoch zwischen einigen und mehreren Stunden.

Wenn Organe einem Spender entnommen werden, müssen sie sofort in einen Bioreaktor gelegt werden, da die Zellen sonst absterben. Außerdem muss das Organ perfundiert werden, indem es mit einer Flüssigkeit (in der Regel Blut oder ein Blutersatzmittel) versorgt wird. Beim Organdruck gibt es eine Reihe von Problemen und Herausforderungen, die gelöst werden müssen, damit das gedruckte Organ im Körper wie ein echtes menschliches Organ funktioniert. Sobald ein gedrucktes Organ einem Patienten eingepflanzt ist, wird es sich mit der Zeit zersetzen. Manch einer mag denken, dass sich das Gewebe dann auflöst. Nichts könnte weiter von der Wahrheit entfernt sein! Die Zellen spüren dann, dass die Brücke nachgibt und sie keine stabile Stütze mehr haben. Sie bilden dann ihren eigenen Klebstoff und ihre eigene Brücke - so wie sie es in jedem menschlichen Organismus tun.

Wie weit sind wir im Bereich des Bioprinting fortgeschritten?

Obwohl das Tissue Engineering ein Bereich ist, der sich durch die Einführung zahlreicher innovativer Technologien rasant entwickelt, wäre die Implantation voll funktionsfähiger gedruckter Organe in den menschlichen Körper eine echte Revolution in der Welt der Medizin, auf die wir leider wohl noch einige Jahre warten müssen. Sobald die Öffentlichkeit jedoch dieses Stadium erreicht hat, sollte die Kommerzialisierung des Bioprinting kein Problem mehr darstellen.

Weltweit ist die Nachfrage nach Organtransplantationen enorm. Dies führt zu einem kontinuierlichen Anstieg der Innovation, der Forschung und der Arbeit am Organdruck. Menschen, die es schaffen, auf eine Transplantation zu warten, müssen für den Rest ihres Lebens spezielle immunsuppressive Medikamente einnehmen, um eine Organabstoßung zu verhindern. Mit dem Druckverfahren wäre die Situation ganz anders. Es würde genügend Gewebe für die Transplantation zur Verfügung stehen, das aus den Zellen des Patienten gedruckt würde - das Risiko einer Abstoßung wäre also viel geringer.

Polens Erfolg im 3D-Druck

Im März 2019 berichteten die Medien über den großen Erfolg der Polen, denen es gelungen ist, den ersten voll funktionsfähigen Pankreas-Prototyp zu drucken. Das Team unter der Leitung von Dr. Michał Wszoła begann unmittelbar nach dem Druck des Organs, es an Tieren zu testen. Die Ergebnisse waren sehr vielversprechend, und das Material, aus dem die Bauchspeicheldrüse hergestellt wurde, erwies sich als völlig ungiftig. Das Organ war funktionsfähig, und das Team bereitet sich nun auf weitere Tests vor, die es letztendlich ermöglichen werden, die entwickelte Technologie so weit zu entwickeln, dass weitere Forschungen am menschlichen Körper durchgeführt werden können. Aufgrund einer Reihe von Schwierigkeiten und Anforderungen für den Druck, wie z. B. die Schaffung der richtigen menschenähnlichen Bedingungen in einem Bioreaktor, ist das Thema 3D-Druck jedoch noch nicht abgeschlossen. das Thema der Zukunft. Die Entwicklung eines voll funktionsfähigen Organs, das in den menschlichen Körper implantiert werden kann, ist problematisch und erfordert viel Forschung und Tests.

Ist das Drucken von Organen zu Hause in Zukunft möglich?

Alle biologischen Abdrücke müssen auf speziellen 3D-Biodruckern gedruckt werden. Obwohl man einen solchen Drucker selbst herstellen kann (der laut Forschern der Carnegie Mellon University schon für 500 Dollar zu haben ist), muss er dennoch eine Reihe von Anforderungen und Standards erfüllen, denn um ein Organ zu drucken, braucht man lebende Zellen, die unter den richtigen Bedingungen gehalten werden müssen, was nicht einfach zu erreichen ist.

Außerdem muss alles, was in den menschlichen Körper implantiert wird, auf zertifizierten Geräten hergestellt werden, die den medizinischen Standards entsprechen. Selbst wenn wir den Bioprinter selbst bauen, wird er nicht zertifiziert sein, so dass Bioprinting zu Hause nicht möglich sein wird. Das hergestellte Material muss biokompatibel sein - sonst könnte es im menschlichen Körper unerwünschte Wirkungen hervorrufen, und auch die Vorschriften sind ein weiteres Hindernis.

Gehirn-Bioprint

Forscher der Universität Montreal, der Bundesuniversität Santa Catarina und der Universität Concordia haben bekannt gegeben, dass es ihnen gelungen ist, mit Hilfe der Bioprinting-Technologie lebende Gehirnzellen von Mäusen zu drucken. Die große Mehrheit der Neuronen war zwei Tage nach dem Druck noch am Leben. Es wurde eine Reihe von Studien durchgeführt, um die Fähigkeiten der Zellen zu bestimmen, was die Entwicklung dieses Marktes erheblich fördern könnte.

Doch trotz zahlreicher Fortschritte auf diesem Gebiet sind Zellersatz und Zelldruck noch nicht vollständig
eines funktionierenden Gehirns ist noch eine Frage der Zukunft. Wir brauchen noch viel Forschung, Tests, Zeit und finanzielle Unterstützung, um den Bioabdruck zu vermarkten.

Der Erfolg rückt näher

Tissue Engineering ist ein Bereich, in dem viele medizinische Probleme gelöst werden können. Trotz zahlreicher Innovationen und Studien müssen wir jedoch noch darauf warten, dass sich dieser Markt entwickelt und die Implantation von mit dem Bioprinter hergestellten Organen zur Norm wird. Die gemeinsamen Bemühungen von Ärzten und Wissenschaftlern zeigen immer mehr vielversprechende Ergebnisse, und in den Medien ist von weiteren Erfolgen in der Transplantologie mit dieser Technologie zu hören. Die Entwicklung in diesem Bereich ist äußerst wichtig und könnte die Welt der Medizin völlig revolutionieren und damit viele Leben retten.