Entwicklung und Kommerzialisierung des 3D-Drucks in der Medizin

Wichtige Informationen:

• Zurzeit warten in Polen fast 2 000 Menschen auf eine Organtransplantation.
• Coraz częściej w środkach masowego przekazu padają informacje o innowacjach w drukowaniu narządów 3D.
• Tissue Engineering ist ein Wissenschaftsbereich, der sich mit der Anwendung von medizinischem Wissen und Werkstofftechnik befasst, um Ersatz für geschädigte Organe und Gewebe herzustellen.
• Inżynieria tkankowa jest dziedziną, która rozwija się w dynamicznym tempie, poprzez wprowadzanie licznych innowacyjnych technologii.
• Wszczepienie w pełni funkcjonujących wydrukowanych narządów do ciała człowieka byłoby prawdziwą rewolucją w świecie medycyny, na którą niestety musimy poczekać najpewniej co najmniej parę lat.
• Im März 2019 berichteten die Medien über den großen Erfolg der Polen, denen es gelungen ist, den ersten voll funktionsfähigen Pankreas-Prototyp zu drucken.
• Stworzenie odpowiednich warunków przypominających ludzki organizm w bioreaktorze, temat druku 3D nadal pozostaje tematem przyszłości.
• Wszystko, co jest wszczepiane w ludzki organizm, musi być wytworzone na certyfikowanych urządzeniach, zgodnych z normami medycznymi.
• 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

Aby zacząć proces biodruku narządu lekarze zwykle zaczynają od biopsji – pobrania części narządu lub usuwania niewielkiego kawałku tkanki. Dzięki temu możliwe jest rozdzielenie komórek i hodowanie ich poza organizmem człowieka. Rozwój komórek ma miejsce wewnątrz specjalnego, sterylnego inkubatora lub bioreaktora, które swoimi warunkami przypominają wewnętrzną temperaturę i natlenienie ludzkiego ciała. Następnie komórki pozostają zmieszane z biotuszem, którego niekomórkowa część może być wykonana w laboratorium. Biomateriały używane przy procesie drukowania muszą być nietoksyczne, biodegradowalne i biokompatybilne, w celu uniknięcia negatywnej reakcji organizmu.

W następnym etapie lekarze wkładają biotusz do komory drukującej. Drukarki są zaprogramowane w ten sposób, że zawierają dane obrazowe pacjenta pochodzące ze zdjęć rentgenowskich i skanów. Dzięki temu możliwe jest stworzenie tkanek o spersonalizowanych właściwościach. Długość procesu drukowania zależy od wielu czynników, na przykład od rodzaju drukowanego narządu czy tkanki. Zazwyczaj jednak trwa on od kilku do kilkunastu godzin.

Kiedy narządy zostają pobrane od dawcy, konieczne jest natychmiastowe umieszczenie ich w bioreaktorze, ponieważ w innym przypadku komórki umrą. Ponadto, konieczna jest perfuzja narządu, polegająca na dostarczeniu mu płynu (zwykle krwi lub jej substytutu). W przypadku druku organów istnieje wiele kwestii i wyzwań, które muszą być wykonane, aby wydrukowany organ funkcjonował jak prawdziwy, ludzki narząd w ciele. Po wszczepieniu pacjentowi wydrukowanego narządu będzie on z czasem ulegał degradacji. Część osób może pomyśleć, że wtedy tkanka się rozpadnie. Nic bardziej mylnego! Komórki wyczuwają wówczas, że most ustępuje i nie mają już stabilnego oparcia. Tworzą one wtedy swój własny klej oraz most – tak jak robią to w każdym organizmie ludzkim.

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.

Na całym świecie zapotrzebowanie na przeszczep organów jest ogromne. Powoduje to ciągły wzrost liczby innowacji, badań i prac nad drukiem narządów. Osoby, którym uda się doczekać przeszczepu, muszą przez resztę swojego życia przyjmować specjalne leki immunosupresyjne, w celu zapobiegania odrzucenia organu. W przypadku drukowania sytuacja wyglądałaby zupełnie inaczej. Zapewniłoby ono wystarczającą liczbę tkanek do przeszczepu, które byłyby drukowane z komórek pacjenta – a więc ryzyko odrzucenia będzie znacznie mniejsze.

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. Zespół pod kierownictwem dr hab. med. Michała Wszoły zaraz po wydrukowaniu narządu rozpoczął jego testy na zwierzętach. Wyniki badań były bardzo obiecujące, a materiał, z którego wykonana była trzustka, okazał się zupełnie nietoksyczny. Organ był sprawny, przez co zespół przygotowuje się do przeprowadzenia kolejnych badań, które finalnie pozwolą rozwinąć opracowaną technologię na tyle, aby możliwe było przeprowadzenie kolejnych badań z udziałem ludzkiego organizmu. 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.