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Die kleinste Einheit des menschlichen Körpers ist die Zelle. Zellen verbinden sich zu Gewebe und Gewebe bilden die Organe. Eine vollständige Einheit eines Organs mit dessen Verbindungsmöglichkeiten zu anderen Organen nennt man ein Organsystem.

Fällt ein lebenswichtiges Organ aus und werden dadurch andere Organe und Organsysteme so weit geschädigt, dass sie nicht mehr funktionieren können, spricht man von einem Organversagen. Es kann zum Tod eines Patienten führen. Organtransplantation ist ein Weg, geschädigte Organe durch gesunde zu ersetzen.

3D-Drucktechnologie in der Medizin

Die 3D-Drucktechnologie hat in den letzten Jahren erstaunliche Fortschritte gemacht und findet in verschiedenen Branchen Anwendung, so auch in der Medizin, insbesondere bei der Gewinnung von menschlichem Gewebe. Diese Methode könnte die Art und Weise revolutionieren, wie Organe und Gewebe für Transplantationen gewonnen werden, und gleichzeitig die Herausforderungen des Mangels an Spenderorganen angehen.

Hintergrund

Die traditionelle Organtransplantation stößt auf zahlreiche Probleme, darunter lange Wartezeiten, begrenzte Verfügbarkeit von Spenderorganen und das Risiko von Abstoßungsreaktionen. Die 3D-Drucktrechnologie bietet eine vielversprechende Alternative, indem sie es ermöglicht, maßgeschneiderte Gewebe und Organe zu erstellen.

Funktionsweise

Die Gewinnung von menschlichem Gewebe durch 3D-Drucker erfolgt durch den schichtweisen Aufbau von Zellen und Biomaterialien, die die Struktur des zu nachzuahmenden Gewebes nachbilden. Fortschrittliche Bioprint-Techniken ermöglichen es, verschiedene Zelltypen, Proteine und Wachstumsfaktoren präzise zu platzieren, um komplexe Gewebe mit funktionalen Eigenschaften zu erzeugen.

Vorteile der 3D-Drucktechnologie in der Gewebebildung

  1. Maßgeschneiderte Lösungen: Jedes gedruckte Gewebe kann den individuellen Bedürfnissen des Patienten angepasst werden, was eine personalisierte Medizin ermöglicht.
  • Schnelligkeit und Effizienz: Im Vergleich zur herkömmlichen Organtransplantation könnte die 3D-Drucktechnologie die Wartezeiten erheblich verkürzen, da die Gewebeproduktion beschleunigt wird.
  • Minimierung von Abstoßungsreaktionen: Durch die Verwendung von körpereigenen Zellen des Patienten könnten Abstoßungsreaktionen minimiert werden, da das Gewebe biologisch besser verträglich ist.

3D-gedruckte Gewebestruktur mit einer aus menschlichem Plazentasubstrat gewonnenen Biotinte   (Bild: Bio Inx)

Stand der Forschung

Mit Hilfe eines 3D-Druckers haben Forscher ein Gewebe geschaffen, das wie ein Stück Gehirn aussieht – und sich auch so verhält. War bisher die Herstellung realistischer gehirnähnlicher Konstrukte eine große Herausforderung, hat jetzt ein Team gezeigt, dass es durch Modifizierung von Drucktechniken mehrere Subtypen von Zellen drucken und kombinieren kann. Diese Konstrukte können die Signalübertragung im menschlichen Gehirn besser nachahmen.

Bisher verwendete man Stammzellen, um hirnähnliche Miniaturklumpen, sogenannte Organoide, zu züchten. Mit der richtigen Art des 3D-Drucks könne man jedoch kontrollieren, wo die verschiedenen Zelltypen platziert werden müssen.

Neu ist, dass nun getrennte Linien menschlicher Vorläuferzellen gedruckt werden, die sich zu mehreren Gehirnzelltypen entwickeln können. Weiterhin wurde die Zusammensetzung der ‚Tinte‘ verbessert, die als Klebstoff zwischen den Zellen fungiert. Man nennt es auch ‚Hydrogel‘, was dem Gewebe Halt verleiht und en Zellen ermöglicht, Verbindungen zu bilden.

https://werdewiederstark.de/was-geschieht-im-gehirn-wenn-wir-gefuehle-zeigen-und-was-laeuft-beim-borderliner-schief/
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Als man zwei Zelltypen kombinierte, die in der äußeren Hirnrinde und im tieferen Striatum vorkommen, stellte man fest, dass die kortikalen Zellen Projektionen in Richtung der striatalen Zellen ausstreckten, aber nicht umgekehrt, genau im menschlichen Gehirn. Das war der Beweis, dass die erzeugten Konstrukte die Organisation des Gehirns nachbilden können.

Fazit und Ausblick

Einige Experten weisen jedoch darauf hin, dass die gedruckten Gewebe immer noch sehr dünn seien. Mit einem Durchmesser eines menschlichen Haares pro Schicht könne man die Komplexität eines Gehirns nicht vollständig imitieren. Man könne nur Schicht für Schicht drucken und diese Schichten dann übereinander stapeln.

Man kann sich vorstellen, in Zukunft Geweben zu drucken, das für die Transplantation in Patienten geeignet ist, die aufgrund eines Schlaganfalls, einer Neurodegeneration oder einer traumatischen Hirnverletzung Hirngewebe verloren haben.

‚Zukünftige Anwendungen dieser Art der Biofabrikation könnten die Regeneration menschlichen Gewebes und sogar den „Druck“ von Organen umfassen. Es müssen zwar noch viele Herausforderungen überwunden werden, um diese Anwendungen in die klinische Realität umzusetzen, aber der 3D-Druck menschlichen Gewebes bietet bereits jetzt neue Wege, insbesondere für tierversuchsfreie Tests‘. (1)

Quellen