Forscher stellen funktionierendes Blutgefäßsystem am 3D-Drucker her

Wissenschaftlern der Universität Kalifornien in San Diego (UCSD) ist es gelungen, ein funktionierendes Blutgefäßsystem am 3D-Bioprinter herzustellen. 

In einer Studie haben sich Nanoengineering Professor Shaochen Chen und seinem Team einer der größten Herausforderungen im Bereich Bioprinting gewidmet. Gewebe und Organe benötigen ein Netzwerk aus Gefäßen, das nicht nur Blut sondern auch Nährstoffe, Abfallstoffe und andere biologische Materialien transportiert und es somit am Leben erhält.

Forscher weltweit beschäftigen sich mit dem Thema, doch mit derzeitigen 3D-Drucktechnologien konnte man bislang meist nur einzelne Gefäße oder simple Strukturen herstellen. Außerdem müssen diese in das bestehende Blutgefäßsystem des Körpers integriert werden können. Das von Chen und seinem Team 3D-gedruckte Blutgefäßsystem besteht aus einer ganzen Reihen von kleinen Gefäßen, die ähnlich den Blutgefäßnetzwerken des Körpers sind und sich in bestehende Systeme integrieren können.

Bei dem 3D Bioprinter des UCSD Labors handelt es sich um einen eigens entwickelten 3D-Drucker, mit dem auch schon Lebergewebe sowie Mikro-Fische zur Neutralisierung von Giftstoffen im Körper hergestellt wurden. Das Gerät nutzt UV Licht um schichtweise eine Lösung aus lebenden Zellen und photosensitiven Polymer auszuhärten. Dabei umkapselt das ausgehärtete Polymer die Zellen, die später zu biologischen Gewebe wachsen. Der Vorgang selbst dauert nur wenigen Sekunden, was einen bedeutenden Vorteil gegenüber anderen Bioprinting Methoden bringt. Die verwendeten Materialien sind außerdem günstig und biokompatibel.

“Mit dem Prozess lasses sich detailgenaue Strukturen aus Mikrogefäßen in hoher Auflösung drucken,” erklärte Wei Zhu, einer der leitenden Wissenschaftler des Projekts. “Andere 3D-Drucktechnologieren können vergleichsweise nur pixelige Strukturen, die Opfermaterialien sowie weitere Schritte benötigen, produzieren.”

Bislang hergestellte Strukturen umfassen eine kleine Fläche von 4 x 5 mm bei einer Dicke von 0,6 mm. Diese wurden einen Tag lang in vitro kultiviert und dann in Hautwunden von Mäusen eingesetzt. Bereits nach zwei Wochen konnten die Wissenschaftler feststellen, dass die 3D-gedruckten Strukturen sich in das bestehende Gefäßsystem integriert hatten und Blut darin normal zirkulierte.

Trotz des Erfolges steht das Team allerdings erst am Anfang. Wie Chen erklärt, können die implantierten Blutgefäße derzeit noch keine Funktionen, wie den Transport von Nähr- und Abfallstoffen, ausführen.

“Wir haben noch einiges an Arbeit vor uns um die Materialien zu verbessern,” erklärt er. “Dies ist ein vielversprechender Schritt in die Zukunft der Regeneration und Heilung von Gewebe.”

Fortführend werden Chen und sein Team an patientenspezifischem Gewebe aus pluripotenten Stammzellen arbeiten. Dies soll es verhindern, dass Transplantate vom Immunsystem des Körpers angegriffen werden. Bis hin zu klinischen Studien wird es allerdings noch einige Jahre dauern.