3D-Druck: das künstliche Herz rückt näher
Havard-Forschern ist ein großer Schritt in Richtung Organbiofabrikation gelungen. Mithilfe ihrer FJRS-Technologie (Focused Rotary Jet Spinning) lassen sich in kurzer Zeit funktionale Zellen gezielt ablegen.
Foto: seas.harvard.edu
Jährlich sterben weltweit fast 9 Mio. Menschen an einer Herzkrankheit. Viele könnten mit einem Ersatzorgan viel länger leben, doch die Zahl der Organspenden ist bei weitem zu gering. Die Lösung findet sich im Tissue Engineering, der Zucht von Organen im Reagenzglas. Bioingenieuren der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) in Cambridge, Massachusetts, ist jetzt ein großer Schritt zur Realisierung eines körperidentischen Herzens gelungen: Sie haben das erste biohybride Modell eines menschlichen Ventrikels mit spiralförmig ausgerichteten schlagenden Herzzellen entwickelt und gezeigt, dass die Ausrichtung der Muskeln entscheidenden Einfluss darauf hat, wie viel Blut das Ventrikel mit jeder Kontraktion pumpt. Als Ventrikel bezeichnen Mediziner Kammern bzw. Hohlräume von Organen.
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Die Ingenieure nutzten zur Herstellung des Ventrikels eine Spezialform der additiven Fertigung: das Focused Rotary Jet Spinning (FRJS). Damit gelang es ihnen, die komplexen Strukturen des körpereigenen Bauteils perfekt nachzuahmen. „Diese Arbeit ist ein großer Schritt vorwärts für die Organbiofabrikation und bringt uns unserem ultimativen Ziel näher, ein menschliches Herz für die Transplantation aufzubauen“, erläutert Kit Parker vom SEAS, der die Forschungsgruppe geleitet hat.
Dauer des Druckprozesses massiv reduziert
Bisherige 3D-Druck-Verfahren werden immer langsamer, je kleiner und feiner die Zielstrukturen werden. Das ist beim FRJS anders. Der neue Ansatz erlaubt es, auch hauchdünne Fasern im Mikrometermaßstab sehr schnell zu spinnen. Dies sei wichtig, wenn es darum gehe, ein Herz von Grund auf neu aufzubauen, so Huibin Chang, Postdoktorand an der SEAS. „Nehmen wir zum Beispiel Kollagen, ein extrazelluläres Matrixprotein im Herzen, das einen Durchmesser von einem Mikrometer hat. Es würde mehr als 100 Jahre dauern, um jedes Stück Kollagen im menschlichen Herzen in 3D zu drucken. FRJS schafft es an einem einzigen Tag.“ Die Funktionsweise: Durch Zentrifugalkraft werden Fasern erzeugt und sofort anschließend im fokussierten Luftstrom gezielt auf ein Substrat geschleudert.
Tumortherapie mit dem 3D-Drucker
Wie das gedruckte Organteil funktioniert:
Das derzeit hergestellte Ventrikel ist zwar noch zu klein, um Teil eines menschlichen Kunstherzens zu werden. Doch die Forscher sind sicher, den Herstellungsprozess bald skalieren zu können.
