{"id":172261,"date":"2019-05-27T14:00:32","date_gmt":"2019-05-27T12:00:32","guid":{"rendered":"https:\/\/innovationorigins.com\/?p=172261"},"modified":"2019-05-27T14:00:32","modified_gmt":"2019-05-27T12:00:32","slug":"lithographie-organe-spenderorgane-3d-druck","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/de\/lithographie-organe-spenderorgane-3d-druck\/","title":{"rendered":"Ersetzen mit Lithographie erzeugte Organe k\u00fcnftig Spenderorgane?"},"content":{"rendered":"

In Deutschland stehen rund 9.500 Menschen auf der Warteliste f\u00fcr ein Spenderorgan. Die meisten warten auf eine Nierentransplantation, einige warten sogar auf mehrere Organe. W\u00e4hrend 2018 etwa 5.000 Menschen neu auf die Warteliste kamen, gab es laut Organspende<\/a> bundesweit nur 955 Spenderinnen und Spender. Das entspricht 11,5 Organspenden je eine Million Einwohner. Obwohl die Anzahl der Spender im Vergleich zu 2017 um 20% gestiegen war, sind 901 Personen auf der Warteliste innerhalb des Jahres verstorben.<\/p>\n

Insgesamt konnten im vergangenen Jahr 3.113 Organe von 955 Spendern postmortal entnommen werden, im Vergleich zu anderen Mitgliedsstaaten des Eurotransplant-Verbunds<\/a> ist Deutschland aber immer noch das Land mit den meisten Menschen auf der Warteliste. Die meisten Organspender gibt es \u00fcbrigens in Spanien. Da kommen 46,9 Organspender auf eine Million Einwohner.<\/p>\n

Um k\u00fcnftig noch mehr Menschen dank eines neuen Organs eine \u201ezweite Chance\u201c geben zu k\u00f6nnen, wird auf Hochtouren daran geforscht, Organe k\u00fcnstlich herzustellen. Diese sollen sowohl den Mangel an Organspenden ausgleichen als auch Tierversuche ersetzen. Bisher konzentrierten sich die Wissenschaftler dabei auf Versuche mit 3D-Druckern, die eine \u201eBio-Tinte\u201c lebender Zellen verwenden. W\u00e4hrend das Verfahren in der Luft- und Raumfahrt oder beim Automobilbau bereits Alltag ist, konnte bislang noch kein einziges funktionsf\u00e4higes Organ durch 3D-Druck hergestellt werden.<\/p>\n

Im Rahmen des EU-Projekts BRIGHTER<\/a> (Bioprinting by light sheet lithography: engineering complex tissues with high resolution at high speed) arbeitet eine von Elena Martinez vom\u00a0Institute for Bioengineering of Catalonia in Barcelona<\/a> (IBEC) initiierte europ\u00e4ische Forschergruppe unter Beteiligung der Goethe-Universit\u00e4t Frankfurt<\/a> derzeit an der Entwicklung eines 3D-Biodrucksystem mit neuartiger Lichtscheiben-Lithographie. Dieses neue Lithographie-Verfahren setzt auf spezielle Hydrogele, die mit lebenden Zellen versetzt sind.<\/p>\n

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Ein Hydrogel aus lebenden Zellen und lichtempfindlichen Molek\u00fclen wird in einer d\u00fcnnen Schicht mit Laserlicht beleuchtet (gr\u00fcner Strahl). Dadurch entstehen 3D-Mikrostrukturen, die Gewebe und seine Funktion nachbilden. Das verbleibende Hydrogel wird nach dem Druckprozess ausgewaschen. Bild: \u00a9 F. Pampaloni, BRIGHTER, 2019<\/figcaption><\/figure>\n

\u201eTop-down\u201c anstatt \u201ebottom-up\u201c<\/h3>\n

3D-Druck-Technologien haben alle eines gemeinsam: Die Modelle werden schichtweise aufgebaut und nicht aus einem Materialblock herausgefr\u00e4st. Dabei werden sie entweder von unten nach oben aufgebaut (\u201ebottom-up\u201c) oder von oben nach unten (top-down\u201c). Dieses Verfahren findet bisher haupts\u00e4chlich im Prototypenbau und bei Designobjekten Anwendung.<\/p>\n

Biodrucksysteme, die Strukturen schichtweise \u201ebottom-up\u201c aufbauen haben nach Aussagen von Wissenschaftlern jedoch einige erhebliche Nachteile. Erstens w\u00fcrde der Druckvorgang viel zu lange dauern. Dadurch seien die \u00dcberlebenschancen der Zellen in der Bio-Tinte und in den polymerisierten Schichten sehr gering. Zweitens gebe es beim Spr\u00fchvorgang f\u00fcr die Zellen, besonders f\u00fcr Stammzellen, eine erhebliche Ausfallrate. Drittens sei die Aufl\u00f6sung des Verfahrens mit etwa 300 Mikrometern viel zu gering, um die filigranen Strukturen nat\u00fcrlicher Gewebe nachzubilden. Schlie\u00dflich sei es besonders schwierig, komplexe Hohlraumstrukturen, wie blutf\u00fchrende Gef\u00e4\u00dfe, in das Zellgewebe einzubauen.<\/p>\n

\u201eMit unserem Projekt wollen wir den umgekehrten Weg gehen, indem wir ein abw\u00e4rts strukturiertes (engl. \u201dtop-down\u201d) Lithographie-Verfahren entwickeln\u201c, erkl\u00e4rt Dr. Francesco Pampaloni vom Buchmann Institut f\u00fcr Molekulare Lebenswissenschaften<\/a> (BMLS) an der Goethe-Universit\u00e4t. Die Funktionsweise des Verfahrens ist \u00e4hnlich wie die Lithographie in der Halbleitertechnik, wobei hier Hydrogel mit lichtempfindlichen Molek\u00fclen an die Stelle des Halbleiters und der photoempfindlichen Schicht tritt, die durch eine Maske beleuchtet wird.<\/p>\n

Mithilfe der Lichtscheibentechnik, die Prof. Dr. Ernst Stelzer f\u00fcr die Lichtscheibenmikroskopie erfunden hat, wird dieses Hydrogel in d\u00fcnnen Scheiben belichtet, wodurch sich verzweigte Kettenstrukturen (Polymere) bilden. Diese dienen dann als Matrix f\u00fcr die Besiedlung durch lebende Zellen. Das restliche, noch fl\u00fcssige Hydrogel, wird ausgewaschen.<\/p>\n

Mit diesem Verfahren werden wir in die Lage kommen, die r\u00e4umliche Struktur und ihre Steifigkeit mit einer bisher unerreichten Aufl\u00f6sung einzustellen, so dass wir die gleichen heterogenen Mikrostrukturen schaffen k\u00f6nnen, die Zellen in nat\u00fcrlichen Geweben vorfinden<\/p><\/blockquote>\n

…erkl\u00e4rt Pampaloni. Er geht davon aus, dass sich durch das neue Verfahren vollkommen neue M\u00f6glichkeiten f\u00fcr die Biofabrikation komplexer Gewebe und ihrer anatomischen Mikrostrukturen ergeben werden. Zudem k\u00f6nne man die spezifischen Eigenschaften der Matrix nutzen, \u201eum Stammzellen in wohldefinierte Kompartimente einzubringen oder die Ausbildung von Gef\u00e4\u00dfen zu erm\u00f6glichen\u201c. Gro\u00dfe Vorteile gegen\u00fcber bislang \u00fcblichen 3D-Drucksystemen sehen die Forscher speziell in der hohen Geschwindigkeit und einer kosteng\u00fcnstigen Produktion.<\/p>\n

Das Projekt BRIGHTER wird ab Juli 2019 f\u00fcr drei Jahre im Rahmen des renommierten und sehr selektiven \u201eFuture and Emerging Technologies\u201c (FET) Open Horizon 2020 Programm der Europ\u00e4ischen Union gef\u00f6rdert. Von der Gesamtsumme von 3.450.000 Euro gehen 700.000 Euro an das Team von Dr. Pampaloni im Arbeitskreis Physikalische Biologie von Prof. Stelzer, Fachbereich Biowissenschaften der Goethe-Universit\u00e4t. Weitere Partner sind das IBEC (Barcelona, Spanien, Koordination), Technion (Haifa, Israel) sowie die Unternehmen Cellendes (Reutlingen, Deutschland) und Mycronic (T\u00e4by, Schweden).<\/p>\n

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