Sonntag, 25.08.2019
 
Seit 20:05 Uhr Freistil
StartseiteForschung aktuellBlutgefäße aus dem Drucker12.10.2011

Blutgefäße aus dem Drucker

Biotechniker erschaffen medizinische Ersatzteile aus Kunststoff

Wissenschaftler der Fraunhofer-Gesellschaft wollen 3-D-Druckverfahren für die Herstellung von Blutgefäßen einsetzen. Dabei verwenden sie eine Flüssigkeit, die mit einer Art Tintenstrahldrucker gedruckt wird und anschließend polymerisiert. Bald wollen sie erste Tierversuche durchführen.

Von Michael Engel

Ein Polymerröhrchen, aus dem ein künstliches Blutgefäß werden kann, wird mit Zellmedium gespült. (Fraunhofer IGB)
Ein Polymerröhrchen, aus dem ein künstliches Blutgefäß werden kann, wird mit Zellmedium gespült. (Fraunhofer IGB)

Im Modell auf der Biotechnica in Hannover sind die Blutgefäße dick wie ein Daumen und 40 Zentimeter hoch. Im Hohlraum eine blinkende Lichterkette, die den Blutfluss andeuten soll. Wenn Dr. Günter Tovar vom Fraunhofer Institut für Grenzflächen und Bioverfahrenstechnik den 3-D-Laserprinter aktiviert, zaubert er Gefäße mit gerade mal 200 Mikrometer Innendurchmesser - fast schon Kapillaren. Und das Ganze ist auch noch dreidimensional verzweigt:

"An dem Modell sieht man schon, welches Ziel wir verfolgen. Wir wollen Blutgefäße als Ersatzmaterial bauen."

Das Gerüstmaterial der echten Blutgefäße besteht aus langkettigen Zuckermolekülen und eingelagerten Proteinen, die von den Epithelzellen der Blutgefäße gebildet werden. Es mussten schon ein paar Jahre ins Land gehen, bis die Kollegen vom Fraunhofer Institut für Angewandte Polymerforschung in Potsdam ein vergleichbares Kunstprodukt fanden. Eine ungewöhnliche Flüssigkeit, die sich wie Tinte drucken lässt, dann aber mit Hilfe von Lichtimpulsen aus dem Laser chemisch aushärtet. Günter Tovar spricht von Photopolymerisation.

"Dieses Material ist wirklich multifunktional. Es muss einerseits ein Biomaterial bilden können, es aber auch photopolymerisierbar sein. Das heißt, diese Verfestigung durch die Polymerisation ausgelöst durch fokussiertes Licht, die muss das Material verarbeiten können, und das heißt, es ist ein Anforderungsprofil an dieses Material, was wirklich multidimensional ist und daher eine wichtige und sehr schwierige Aufgabe darstellte."

Und so funktioniert das Verfahren: Eine Art Tintenstrahldrucker presst die viskose Zweikomponentenflüssigkeit ringförmig auf einen Glasträger. Der Ring hat dabei schon den Durchmesser des späteren Blutgefäßes. Dann fährt ein Laserstrahl über die Schicht. Eine fotochemische Reaktion beginnt, die das Material verfestigt. Nun folgt der nächste Ring. Nach circa drei Stunden entsteht so eine ein Zentimeter lange Röhre, die auch verzweigt sein kann. Außerdem bleibt das Material flexibel - ganz so wie eine biologische Gefäßwand.

"Wir bauen damit im Prinzip die Gerüststruktur rein künstlich auf - haben dafür eine relativ ausgebuffte Technologie kombiniert, und damit können dann eigene Zellen des Patienten anwachsen auf dieser Gerüststruktur. Und wenn das Ganze ideal funktioniert, wird sich dann eine Hybridstruktur ergeben aus den synthetischen und den körpereigenen Zellen, die letztendlich wie ein körperidentisches Implantat irgendwann mal eingepflanzt werden kann."

Besiedelt wird das Trägermaterial in einem Bioreaktor - kaum größer als eine Faust. Stammzellen, die dazu nötig sind, kommen derzeit noch aus Tierknochen. Im November beginnen die Vorbereitungen für die ersten Tierversuche - im Mausmodell. Projektleiter Günter Tovar will wissen, wie sich die künstlichen Blutgefäße aus dem "Tintenstrahldrucker" in natürlicher Umgebung verhalten.

"Was als Erstes vielleicht an den Patienten gelangen kann, sind auch unverzweigte Systeme. Zum Beispiel eben Bypass-Materialien. Das ist heute möglich, da zum Beispiel körpereigene Venen zu entnehmen, aber häufig ist bei den Patienten das Venenmaterial gar nicht unbedingt so optimal. Wenn man da eine synthetische Variante hätte, die dann mit körpereigenen Zellen ausgestattet wird, wäre dies ein großer Schritt nach vorn."

Mit verzweigten Blutgefäßen, so die Hoffnung, ließen sich eines Tages vielleicht sogar Organe züchten. Eine ausreichende Blutversorgung wäre hier nämlich von elementarer Bedeutung. In zehn Jahren, so Günter Tovar von der Fraunhofer-Gesellschaft, könnten die Blutgefäße aus dem Drucker auch beim Menschen pulsieren.

Das könnte sie auch interessieren

Entdecken Sie den Deutschlandfunk