3D-Druck: Warum es noch Jahre dauert für komplexe menschliche Organe

Screenshot rapidreadytech.com

Zahlreiche Unternehmen beschäftigen sich mit den drucken von menschlichen Organen. Die technischen Wege dorthin sind äußerst unterschiedlich und die Fortschritte auf den Gebiet sind durchaus beachtenswert. Dennoch gibt es auch zahlreiche Hürden: Weshalb es noch Jahre dauern wird, um komplexe menschliche Organe herzustellen.

>>Wirtschaftswoche<<

„Statt die Zellen wie bisher in der Organzucht von selbst wandern zu lassen und mit biochemischen Signalstoffen an den idealen Ort in dem Organgerüst zu locken, verfielen mehrere Forschergruppen nun darauf, die Zellen mit Druckern an Ort und Stelle zu katapultieren. Als Vorbild dienen hochmoderne 3-D-Druckverfahren, die schon in vielen Produktionsbereichen Einzug gehalten haben.“

 

>>3Druck.com<<

„Das 3D-Bioprinting Unternehmen Aether aus Kalifornien, Entwickler des Aether 1 Bioprinters, hat gemeinsam mit Forschern der Harvard Medical School eine Software zum 3D-Druck von Organen entwickelt. Basierend auf künstlicher Intelligenz entstand ein komplett integriertes System, das Organe und Gewebe in medizinischen Bilddaten automatisch segmentiert und in 3D-Dateien zum Druck umwandelt. Der Automatic Segmentation and Reconstruction (ASAR) Prozess von Aether verwendet adaptierbare Lernmodelle, welche mit einer Reihe von Techniken für künstliche Intelligenz und Bildverarbeitung kombiniert werden. So können Anwender Organe und Gewebe segmentieren und diese als digitale 3D-Modelle darstellen. Diese Modelle dienen dann zur Analyse, dem 3D-Druck sowie weiteren Anwendungen. Der Vorgang selbst ist komplett automatisch, ohne dass Bearbeitungswerkzeuge, Kalibrierung oder jegliches Eingreifen des Anwenders notwenig ist. Somit ist die ASAR Technologie dazu in der Lage, einen Prozess der selbst mit führenden Softwareanwendungen noch mehrere Stunden gedauert hat, auf nur wenige Minuten oder Sekunden zu reduzieren. Die von Aether entwickelte Software soll zudem so intuitiv sein, dass Anwender keinerlei Einschulung benötigen. Bislang konnte Aether bereits verschiedene Arten von Organen mit großer Präzision anhand von CT-Daten segmentieren. Diese Funktion soll zukünftig für alle Organe und Gewebearten anwendbar sein und auch basierend auf Daten von MRT-, Röntgen- sowie Aniographie-Aufnahmen durchgeführt werden können. … Aether plant die Entwicklung einer umfassenden Plattform, auf welcher Anwender mit medizinischen Bilddaten effektiver arbeiten und ganz neue Möglichkeiten ausschöpfen können. Spitäler sollen damit zukünftig in der Lage sein exakte Kopien der Organe von Patienten per Knopfdruck vor Ort herzustellen. Chirurgen können so für schwierige Eingriffe bereits vorab an realistischen synthetischen Geweben, Knochen, Fett und Blutgefäßen trainieren. Sobald 3D-gedruckte Organe eine umsetzbare Option für die Transplantation werden, werden bei dem Prozess anstatt synthetischem Material Biotinten mit Zellen des Patienten eingesetzt.“

 

>>Helmholtz-Gemeinschaft<<

„An einem solchen 3D-Druck arbeitet unter anderem das junge Start-Up-Unternehmen Indmatec in enger Kooperation mit dem Karlsruher Institut für Technologie. Der Materialwissenschaftler Uwe Popp leitet die Forschungs- und Entwicklungsabteilung: „Möglich ist es bereits, Zellmaterial zu drucken. Im Prinzip kann man zum Beispiel ein Herz in weniger als drei Minuten drucken, einen ganzen Menschen in etwa zwei Stunden und vierzig Minuten. Allerdings sind diese gedruckten Objekte nur leblose Zellmassen in Form eines Herzens oder eines Menschen; die vielfältigen Interaktionen, die im Körper ablaufen, lassen sich noch nicht nachbilden. Auch Blutgefäße kann man noch nicht einwandfrei drucken, weil sie zu filigran sind. … Bei Indmatec arbeiten wir daran, aus einem anorganischen, also unbelebten Polymer Ersatzknochen herzustellen, die etwa bei Knochenbrüchen oder Gelenkschäden eingesetzt werden können. Das künstliche Material, Polyetheretherketon oder kurz PEEK, ist biokompatibel. Das heißt, es wird vom Körper gut angenommen. Noch werden Implantate aus diesem Material gefräst, was lange Wartezeiten und eine aufwendige Nachbearbeitung nach sich zieht. Wir können PEEK aber schon mit unserem 3D-Drucker verarbeiten. Das Gerät funktioniert so ähnlich wie eine Heißklebepistole: Das Ausgangsmaterial – ein Draht aus PEEK – wird von einer langen Spule durch eine heiße Düse geführt und dabei geschmolzen. Der Druckerkopf trägt das flüssige Material dann schichtweise auf und baut so das Implantat. Er arbeitet so genau, dass sich damit auch komplexe Formen herstellen lassen. Der nächste Schritt ist es nun, die 3D-Drucktechnik von PEEK in der Medizin zu etablieren.“

Ein gedrucktes Organ, wie ein Herz ist kein gelungenes Beispiel: Es dürfte – außer dem Gehirn – das komplexeste menschliche Organ überhaupt sein. Neben Blutgefäßen kommen auch noch Muskeln hinzu. Darüber hinaus, ist die exakte Funktionsweise eines Herzens ungeklärt: Was die Grundvoraussetzung eines Nachbaus ist.

 

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