Startseite HAZ
Volltextsuche über das Angebot:

Die Schaumschläger

Organe aus dem 3D-Drucker Die Schaumschläger

Weil es an Spenderorganen mangelt, arbeiten weltweit Mediziner an synthetischen Körperteilen und Retorten-Organen. Selbst ein funktionstüchtiges Kunstherz aus Schaumstoff gibt es bereits. Ein Blick in die Wunderkammern des medizinischen Fortschritts.

Voriger Artikel
Die smarten Lehrer
Nächster Artikel
Jetzt geht’s rund!

Ein Herz aus Schaum: Forscher arbeiten an der Entwicklung von Organen und Geweben aus dem 3-D-Drucker.

Quelle: iStock

Mehr als 10 000 schwer kranke Menschen benötigen derzeit allein in Deutschland ein neues Organ. Doch es gibt zu wenige Spender, um ihr Leiden zu lindern. Zwar sind Umfragen zufolge 70 bis 80 Prozent der Deutschen positiv gegenüber der Organspende eingestellt. Aber nur um die 20 Prozent haben einen Organspendeausweis, deshalb warten viele Kranke zu lange oder vergebens.

Und selbst in Ländern, in denen mehr Menschen zum Spenden bereit sind, ist der Bedarf nie ganz gedeckt. Darum forschen Wissenschaftler weltweit an Alternativen. Mit hochmoderner 3-D-Drucktechnik, Plastik und sogar Gewebe von Tieren versuchen sie immer mehr Teile des menschlichen Körpers zu ersetzen.

Ein Herz aus Silikon

Geht es nach Forschern der US-amerikanischen Cornell University, könnten in Zukunft Schaumstoffherzen in der Brust von Menschen schlagen. Aus einem neuartigen Material, einer Art elastischem Silikon, fertigten sie vor Kurzem ein funktionstüchtiges Modell des menschlichen Organs. Die passende Form dafür wurde zunächst mit dem 3-D-Drucker erzeugt und dann mit dem Schaum ausgegossen.

Der Kunststoff fühle sich "so ähnlich an wie eine Matratze", erklärt Rob Shepherd, einer der beteiligten Forscher. Das Material sei äußerst dehnbar – das Modellherz soll sein Volumen um 600 Prozent vergrößern können. Poren machen den Kunststoff durchlässig für Flüssigkeiten. Das Material tauge auch deshalb so gut zur Erzeugung künstlicher Organe, weil der Stoff in jede beliebige Form gebracht werden kann, sagt Shepherd: "So könnte man einfach und schnell Herzen produzieren, die passend für die jeweiligen Patienten sind."

Künstliches Herz aus Schaumstoff

Biokompatible Kunststoffe in Verbindung mit dem immer präziser werdenden 3-D-Druck könnten absehbar die Medizin revolutionieren: Der Prototyp eines Kunststoff-Herzens der Cornell University.

Quelle: Cornell University

Aber auch wenn die Medizin Interesse an dem neuen Stoff zeigt: Bevor Menschen Silikonorgane eingesetzt werden, ist weitere Forschung nötig. Ohnehin ist es unwahrscheinlich, dass Schaumstoffvarianten das echte Herz komplett ersetzen werden. Denkbar sind eher Kunststoffimplantate, die das echte Organ unterstützen könnten, wenn dieses zu schwächeln beginnt. Mit einem anderen Projekt sind die Cornell-University-Forscher aber schon weiter. Sie haben erste Erfolge dabei, Handprothesen aus dem neu entwickelten Kunststoff zu bauen.

Was andernorts bereits gelingt, ist der Ersatz von Knochensubstanz durch Kunststoff. Am Universitätskrankenhaus im niederländischen Utrecht pflanzten Ärzte vor zwei Jahren einer Patientin eine Schädeldecke aus Plastik ein, die mit dem 3-D-Drucker produziert worden war. Die 22-Jährige hatte an einer seltenen Krankheit gelitten, die den Knochen ihres Kopfes immer dicker werden ließ, bis er schließlich auf das Gehirn drückte.

Die Drucktechnik machte es möglich, eine Schädeldecke zu produzieren, die exakt der natürlichen Kopfform der Patientin entsprach. Dann war der eigene Schädelknochen der Patientin entfernt und der Plastikersatz erfolgreich implantiert worden. Insgesamt 23 Stunden hatte ein Neurologe die Frau dafür operiert.

Gewebe aus der Petrischale

Eine ähnliche Operation gelang auch 2014 im chinesischen Xijing. Bei dem 46-jährigen Chinesen Hu hatten große Teile der Schädeldecke entfernt werden müssen, nachdem er bei Bauarbeiten aus dem dritten Stock eines Hauses gefallen war. Sein Sprachzentrum war seitdem beeinträchtigt gewesen. Auch in diesem Fall leistete ein 3-D-Drucker gute Dienste. Nicht aus Plastik, sondern aus Titan wurde mithilfe des Druckers eine Netzstruktur gefertigt, die die fehlenden Teile des Schädels ersetzen konnte.

Die Zukunft der Produktion von Organersatzteilen dürfte aus der Kombination verschiedener Methoden bestehen. Neben der Anwendung von 3-D-Druckern wird das sogenannte
Tissue Engineering eine wichtige Rolle spielen, die Anzucht von Gewebestrukturen im Labor.

In der Petrischale werden dabei zunächst menschliche Zellen vermehrt. Anschließend werden damit Strukturen besiedelt, die – etwa mit dem 3-D-Drucker – passgenau erzeugt werden können. Das Grundgerüst kann aber auch von menschlichen Organspendern stammen. Oder, wenn kein Spendermaterial zur Verfügung steht, von Tieren, zum Beispiel von Schweinen.

Künstliche Organe

Bereits 2011 stellte Dr. Anthony Atala vom US-Forschungsinstitut Wake Forest Institute for Regenerative Medicine in einem 3-D-Bioprinter eine Niere, ein Ohr und einen Fingerknochen her. Dabei handelte es sich allerdings nur um Nachbildungen ohne Funktionalität.

Quelle: Wake Forest Institute for Regenerative Medicine

Ein Vorteil der Methode: Die Zellen, aus denen im Labor neues Gewebe gezüchtet wird, können vorab dem Patienten entnommen werden, der später das Implantat bekommen soll. So werden Abstoßungsreaktionen des Körpers verhindert.

Vollständige Ersatzorgane für den Menschen lassen sich aber auch auf diese Weise noch nicht erzeugen. Die neuen technischen Möglichkeiten sind allerdings ein mächtiger Schrittmacher für die Forschung. Regelmäßig gehen aufsehenerregende Meldungen von immer ausgereifteren künstlichen Körperteilen und Retortenorganen um die Welt.

Jüngst gelang etwa einem Team der Jikei-Universität in Tokio aus Stammzellen die Zucht einer Niere mitsamt Blase und Harnwegen, der ersten Laborniere also, die (zumindest bei transplantierten Ratten und Schweinen) voll funktionstüchtig ist. Bis Nieren, Herzen oder Lungen aus der Petrischale Schwerstkranke heilen, werden allerdings noch Jahre, womöglich Jahrzehnte vergehen. Die Organspende bleibt bis dahin für viele Menschen die einzige Hoffnung.

Von Irene Habich

Voriger Artikel
Nächster Artikel
Mehr aus Technik & Apps