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Medizin

Gefäße und Atemwege aus dem 3-D-Drucker – mit funktionierendem Sauerstoffaustausch

Montag, 6. Mai 2019

Modell eines lungenähnlichen Luftsacks mit Atemwegen und Blutgefäßen /Jordan Miller, Rice University

Houston – Der welt­weite Mangel an Spenderorganen für Transplantationen macht den Gedanken an künst­liche Organe aus dem 3-D-Drucker extrem reizvoll. Sicher ist das noch Zukunftsmusik. Dennoch faszinieren die kleinen Schritte auf dem Weg zum großen Ziel: So ist es Wissen­schaftlern aus den USA gerade gelungen, Blutgefäße und Luftwege zu drucken, die zu­sammen in der Lage sind, Blut mit Sauerstoff anzureichern.

Denn es werden nicht nur neue Organen gebraucht, sondern auch Gefäßsysteme, die sie mit Nährstoffen versorgen, wie die Forscher in Science (2019; doi: 10.1126/science.aav9750) berichten. „Unsere Organe verfügen über unabhängige vasku­läre Netzwerke, wie die Atemwege und Blutgefäße der Lunge oder die Gallengänge und Blutgefäße der Leber“, so Seniorautor Jordan S. Miller vom Department of Bioengineering der Rice University in Houston, Texas, USA. „Diese Netzwerke sind physisch und bioche­misch verwoben und die Architektur selbst steht in enger Verbindung mit der Gewebe­funktion.“

Miller und seine Kollegen haben ein 3-D-Druckverfahren entwickelt, mit dem sich erst­mals ein verschlungenes Netzwerk von Blutgefäßen erzeugen ließ, welches dem natür­lichen Gefäßsystem des Körpers ähnelt. Das in einem Hydrogel gedruckte Gefäßnetz um­gibt ein lungenähnliches Luftsäckchen, welches Sauerstoff an die Blutgefäße abgibt.

Video des gedruckten Gefäßsystems /youtube, Rice University

Das Verfahren: Aus dem flüssigen Hydrogel werden Schichten gedruckt, fest wird das Gel, wenn es mit blauem Licht bestrahlt wird. Der Kniff dabei ist die Zugabe des Lebens­mittel­­farbstoffs Tartrazin (E 102). Dieser absorbiert blaues Licht und sorgt dafür, dass sich immer nur eine sehr dünne Schicht verfestigt. So entsteht aus dem weichen, wasser­basierten und biokompatiblen Gel die komplizierte Architektur eines Netzwerks von Blutgefäßen – und das in nur wenigen Minuten.

Tests der lungenähnlichen Struktur zeigten, dass das Gewebe tatsächlich stabil genug ist, um während des Blutflusses und des pulsierenden „Atmens“, einem rhythmischen Ein- und Ausströmen von Luft, das dem Druck und der Frequenz der menschlichen Atmung nachempfunden ist, nicht zu platzen. Zudem zeigte die Arbeitsgruppe um Miller, dass sauerstoffarme rote Blutzellen, die durch die Blutgefäße um das Luftsäckchen geleitet wurden, tatsächlich mit Sauerstoff gesättigt wurden.

Die Forscher betonen, dass sich mit dem neuen 3-D-Druckverfahren auch intravaskuläre Strukturen anfertigen lassen, etwa Klappen, die Flüssigkeit nur in einer Richtung durch­fließen lassen.

Miller und seine Kollegen zeigten auch, dass das Verfahren im Prinzip auch mit lebenden Körperzellen kompatibel ist. Sie stellten künstliches Gewebe her, welches in getrennten Bereichen Blutgefäße und Leberzellen enthielt, und implantierten es anschließend Mäusen, die an chronischen Leberschäden litten. Tests zeigten, dass die Leberzellen die Implantation überlebten. © nec/aerzteblatt.de

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