Ein neues 3D-gedrucktes Modell eines lungenähnlichen Luftsacks wurde erstellt, komplett mit funktionierenden Atemwegen, die in der Lage sind, Sauerstoff an die umgebenden Blutgefäße zu liefern. Es wurde von einem Forscherteam in den USA hergestellt, indem nach und nach Schichten aus Hydrogel aufgebaut wurden, einem synthetischen, geleeartigen Material, das viele Eigenschaften mit menschlichem Gewebe gemeinsam hat.
Dieselbe Technik könnte zur Schaffung komplexer, verwickelter Gefäßnetzwerke verwendet werden, die die natürlichen Durchgänge des Körpers für Blut und andere lebenswichtige Flüssigkeiten nachahmen und möglicherweise ein neues Mittel zum Biodruck menschlicher Organe für die Transplantation eröffnen, sagen sie.
Die Arbeit wurde von Jordan Miller von der Rice University zusammen mit mehreren Mitarbeitern von Rice, der University of Washington, der Duke University, der Rowan University und Nervous System, einer Designfirma in Somerville, Massachusetts, geleitet.
„Eines der größten Hindernisse bei der Herstellung von funktionellem Gewebeersatz war unsere Unfähigkeit, das komplexe Gefäßsystem zu drucken, das dicht besiedeltes Gewebe mit Nährstoffen versorgen kann“, sagte Miller. „Außerdem enthalten unsere Organe tatsächlich unabhängige Gefäßnetzwerke – wie die Atemwege und Blutgefäße der Lunge oder die Gallenwege und Blutgefäße in der Leber. Diese sich durchdringenden Netzwerke sind physikalisch und biochemisch miteinander verflochten, und die Architektur selbst ist eng mit der Gewebefunktion verbunden.“
Das System mit dem Namen Stereolithography Apparatus for Tissue Engineering oder SLATE funktioniert durch den Aufbau von Schichten einer flüssigen Prä-Hydrogel-Lösung, die fest werden, wenn sie blauem Licht ausgesetzt werden. Auf diese Weise kann es in wenigen Minuten weiche 3D-Strukturen aus wasserbasierten, biokompatiblen Gelen mit komplizierter innerer Architektur mit einer Auflösung von 10–50 Mikrometern herstellen.
In Tests war der resultierende Luftsack robust genug, um ein Platzen zu vermeiden, wenn Blut durch ihn floss und Luft ein- und ausstieß, die den Druck und die Frequenz der menschlichen Atmung simulierte. Es wurde auch festgestellt, dass rote Blutkörperchen Sauerstoff aufnehmen können, wenn sie durch ein Netzwerk von Blutgefäßen fließen, die den „atmenden“ Luftsack umgeben – ein Prozess, der dem Gasaustausch ähnlich ist, der in den alveolären Luftsäcken der Lunge stattfindet.
In einem zweiten Test transplantierte das Team erfolgreich 3D-gedrucktes Gewebe, das mit primären Leberzellen beladen war, in Mäuse mit chronischer Leberschädigung.
Allein in Großbritannien warten derzeit rund 6.000 Menschen auf eine Organtransplantation. Biogedruckte Organe könnten nicht nur dazu beitragen, diesen Bedarf zu decken, sondern da sie mit den eigenen Zellen eines Patienten gedruckt werden können, könnten sie auch die Möglichkeit einer Organabstoßung erheblich reduzieren.
„Wir gehen davon aus, dass Bioprinting innerhalb der nächsten zwei Jahrzehnte zu einem wichtigen Bestandteil der Medizin wird“, sagte Miller. „Die Leber ist besonders interessant, weil sie verblüffende 500 Funktionen ausführt, wahrscheinlich nur nach dem Gehirn“, sagte Stevens. „Die Komplexität der Leber bedeutet, dass es derzeit keine Maschine oder Therapie gibt, die alle ihre Funktionen ersetzen kann, wenn sie versagt. Biogedruckte menschliche Organe könnten eines Tages diese Therapie liefern.“