Insulinproduzierende Gewebe aus dem 3D-Drucker

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung berichtet, dass im Universitätsklinikum Heidelberg insulinproduzierende Gewebe gedruckt werden. Das ist ein enorm großer Schritt für die Medizin, der vielen an Diabetes erkrankten Menschen Hoffnung gibt.

Bei Diabetes oder anderen Erkrankungen kommt es vor, dass die Bauchspeicheldrüsen zu wenig Insulin produzieren. Insulin ist aber ein lebenswichtiges Hormon, das die Aufnahme des Blutzuckers im Körper reguliert. Im Normalfall muss in so einem Fall Insulin gespritzt werden. Die genaue Dosierung kann jedoch schwierig sein. Die Betroffenen leben ständig mit dem Risiko einer Unterzuckerung, die Schocks- oder Komata auslösen kann.

Um diesen Patientinnen und Patienten künftig besser helfen zu können, hat das Forschungsteam des Eurostars-Projekts 3D-PIVOT ein insulinproduzierendes Gewebe im Labor hergestellt. Wie sein natürliches Vorbild kann es – in Abhängigkeit vom Blutzuckerspiegel – eigenständig Insulin produzieren.

Langfristig soll solch ein 3D-biogedrucktes Organ die Funktion von natürlichen Bauchspeicheldrüsen ersetzen können. Im Gegensatz zur Spritze, soll ein biogedruckte Bauchspeicheldrüse kontinuierlich Insulin produzieren. Das würde die Lebensqualität der Betroffenen deutlich steigern und sie wären nicht mehr auf Spenderorgane angewiesen.

„Auf natürlichem Wege wird das Insulin in den sogenannten Langerhans-Inseln produziert“, erklärt Gabriel Salg, vom Universitätsklinikum Heidelberg. Er hat das Projekt von medizinischer Seite betreut. „Das sind sehr kleine Gewebeinseln in der Bauchspeicheldrüse. Deren Funktionsweise wollen wir nachahmen.“

Um dies zu realisieren brauchte das 3D-PIVOT-Team zunächst einen Träger. Er sorgt dafür, dass das neue Zellgewebe an einem bestimmten Ort im Körper eingesetzt werden kann. Um alle Anforderungen zu erfüllen, haben die Wissenschaftler ein sogenanntes Mehrkomponenten-Hilfsmittel entwickelt. Es besteht zum einen aus einer 3D-gedruckten Außenhülle aus Polymer-Kunststoff, dem eigentlichen Träger. Er ist wie eine Rohrklammer geformt und gitterartig aufgebaut. Zum anderen besteht er aus einer biogedruckten Innenschicht, die sich aus einem Hydrogel-Trägermaterial und den eigentlichen Zellen zusammensetzt. So soll das Hilfsmittel gefäßumschließend im Körper angebracht werden.

Damit die überlebenswichtigen Nährstoffe auch in den 3D-biogedruckten Zellen ankommen, müssen diese zusätzlich eigene Blutgefäße ausbilden. Die Zellen selbst werden mit einem 3D-Biodrucker gedruckt, der nicht nur drucken, sondern auch Zellen wärmen kann. So wird gewährleistet, dass das gedruckte Zellmaterial nicht sofort abstirbt. Außerdem können mit ihm mehrere Materialien gleichzeitig gedruckt werden.

Vor dem Druck werden die insulinproduzierenden Zellen in ein Hydrogel eingebracht. Für das erste insulinproduzierende Gewebe – den Prototypen – haben die Forschenden eine Zelllinie von der Ratte zunächst in Zellkultur gezüchtet und dann in das Hydrogel eingebracht. Sie konnten nachweisen, dass die Zellen auch als 3D-biogedrucktes Gewebe Insulin produzieren.

Langfristig sollen die Zellen für künstliche Bauchspeicheldrüsen aber von den Patientinnen und Patienten selbst kommen. Die eigenen Körperzellen der Erkrankten rufen keine starken Abstoßungsreaktionen oder Kreuzreaktionen hervor. Dank des Trägers und der Stützstruktur im Hydrogel sind sie zudem robuster als Zellen von herkömmlich transplantierten Bauchspeicheldrüsen, die sehr schnell absterben können.

Der Artikel basiert auf eine Pressemeldung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung.