• Deutschlandfunk bei Facebook
  • Deutschlandfunk bei Twitter
  • Deutschlandfunk bei Google+
  • Deutschlandfunk bei Instagram

 
 
Seit 17:00 Uhr Nachrichten
StartseiteForschung aktuellKnorpel aus dem Drucker26.08.2015

MedizintechnikKnorpel aus dem Drucker

Ein Drucker, der menschliches Ersatzgewebe herstellen kann: Daran wird schon seit Jahren geforscht. Nun hat ein internationales Forscherteam an der Universität Utrecht erste Erfolge erzielt: Mit ihrem Bio-3D-Drucker konnten sie Knorpel produzieren, der eine weitaus bessere Qualität hatte als bisherige Knorpelersatzprodukte.

Von Magdalena Schmude

Mehr zum Thema

Kollagen fürs Kniegelenk Knorpelersatz aus der Retorte

Jos Malda steht in einem Forschungslabor des Medizinischen Zentrums der Universität Utrecht. In dem lang gezogenen Raum surren und piepsen 3D-Drucker in verschiedenen Größen, während sie aus geschmolzenem Plastik Schicht für Schicht Modelle von Gelenken entstehen lassen. Im hinteren Teil des Raumes, in einem Glaskasten, der sterile Bedingungen garantiert steht der Stolz des Teams. Ein Drucker, der menschliches Ersatzgewebe herstellen kann.

"Das ist ein echter Bio-Drucker. Wir benutzen dafür sogenannte Bio-Tinte. Bio bedeutet, dass sie lebende Zellen enthält."

Gerade läuft der Bio-Drucker im Demonstrationsmodus. In horizontalen und vertikalen Linien trägt er weiße Hautcreme auf eine bewegliche Platte auf, sodass ein gleichmäßiges Gitter entsteht. In die Zwischenräume wird aus einer anderen Kanüle blau gefärbtes Wasser gefüllt. Dann trägt der Drucker die nächste Schicht Hautcreme auf das Gitter auf. Nach dem gleichen Prinzip entsteht auch der Knorpelersatz, den Jos Malda und sein Team entwickelt haben.

"Man braucht einen Motor und eine Plattform, die sich bewegt. Damit kann man Schicht für Schicht eine dreidimensionale Struktur aufbauen. Genau das können wir auch mit Stammzellen machen, oder mit Blutgefäß-Zellen oder eben Knorpelzellen. Diese Zellen können wir so auftragen, dass das entstehende Produkt ähnlich wie das echte Gewebe aufgebaut ist."

Das Gewebe kommt echtem Knorpel ein Stück näher

Bisher werden Knorpelschäden mit einem Hydrogel repariert, ein wässeriges Gel, das in der Konsistenz Gummibärchen ähnelt. In diesem Gel befinden sich Knorpelzellen, die dem Patienten vorher entnommen und im Labor vermehrt worden sind. Sie fühlen sich in der wässerigen Umgebung wohl, und bilden deshalb im Körper neuen Knorpel, der den Defekt zumindest teilweise verschließt.

Für größere Schäden ist das Hydrogel aber ungeeignet, weil ihm die Festigkeit fehlt, um den starken mechanischen Belastungen standzuhalten, denen ein Gelenk ausgesetzt ist. Jos Malda und sein Team kamen deshalb auf die Idee, das weiche Material mit festen Strukturen zu verstärken.

"Das ist ähnlich wie bei Beton. Wenn man ein Haus baut, verstärkt man den Beton mit Metallstäben, die genau dafür gemacht und zum Beispiel ein bisschen angerostet sind, damit sich der Beton besser anlagert. So ähnlich machen wir das hier auch, nur dass unser Gitter sehr flexibel ist."

Mit einer eigens dafür entwickelten Drucktechnik lassen sich Kunststoff-Fasern herstellen, die besonders dünn und gleichzeitig stabil sind. Die werden in das Hydrogel eingebracht und erhöhen dessen Belastbarkeit um das Fünfzigfache, erklärt Jos Malda. Das so entstandene elastische Ersatzgewebe kommt damit echtem Knorpel ein Stück näher.

"Wenn man sich Knorpel anguckt, ist der zweite Hauptbestandteil neben Wasser Kollagen. Die Kollagenfasern haben eine ähnliche Funktion wie bei uns die Kunststofffasern. Sie geben dem Knorpel eine Struktur, einen inneren Druck und damit Festigkeit. Wir orientieren uns also so weit es geht an der Natur."

Noch diverse Sicherheitstests notwendig

Mithilfe des 3D-Druckers könnten die flexiblen Implantate außerdem exakt die Form erhalten, die dem Defekt im Gelenk eines Patienten entspricht. Das ist technisch schon ohne Weiteres möglich, eine Herausforderung bleibt dagegen bisher die Kombination zweier so unterschiedlicher Materialien.

"Momentan brauchen wir noch zwei verschiedene Arbeitsschritten. Zuerst wird das Gitter gedruckt und dann werden Hydrogel und Zellen aufgetragen. Ziel ist, das in einem Schritt zu machen und gleichzeitig die Bio-Tinte mit den Zellen und die stabilisierenden Fasern zu drucken."

Bevor der erste Patient mit gedrucktem Knorpel-Ersatz behandelt werden kann, wird es noch dauern, glaubt Jos Malda, auch weil vor der Verwendung beim Menschen diverse Sicherheitstests nötig sind. Trotzdem ist er davon überzeugt, dass das Gewebe aus dem Drucker die Behandlung von Knorpelschäden in Zukunft deutlich verbessern wird.

 

Das könnte sie auch interessieren

Entdecken Sie den Deutschlandfunk