Forscher aus den USA haben ein bahnbrechendes 3D-gedrucktes Modell eines lungenähnlichen Alveols entwickelt. Es enthält voll funktionsfähige Atemwege, die Sauerstoff an umliegende Blutgefäße abgeben können. Durch schichtweisen Aufbau mit Hydrogel – einem biokompatiblen, gelartigen Material, das menschlichem Gewebe sehr ähnelt – schufen sie diese innovative Struktur.
Diese Technologie eignet sich auch für komplexe Gefäßnetzwerke, die natürlichen Blut- und Flüssigkeitswegen im Körper nachahmen. Sie könnte bioprintete Organe für Transplantationen ermöglichen, wie das Team um Jordan Miller von der Rice University betont.
Miller leitete das Projekt zusammen mit Experten von Rice University, University of Washington, Duke University, Rowan University und der Designfirma Nervous System in Somerville, Massachusetts.
„Eines der größten Hindernisse bei funktionellem Gewebeersatz war die Unfähigkeit, komplexe Gefäßsysteme zu drucken, die dichtes Gewebe nährstoffversorgt“, erklärt Miller. „Organe wie Lunge oder Leber besitzen unabhängige, sich durchdringende Netzwerke – Atemwege und Blutgefäße oder Gallenwege –, die eng mit der Gewebefunktion verknüpt sind.“
Das SLATE-System (Stereolithography Apparatus for Tissue Engineering) baut Schichten aus flüssigem Prä-Hydrogel auf, das durch blaues Licht aushärtet. So entstehen in Minuten weiche 3D-Strukturen mit komplexer innerer Architektur und 10–50 Mikrometern Auflösung.
In Tests hielt der Alveol druckbedingte Belastungen stand, wenn Blut hindurchfloss und Luft ein- und ausgestrichen wurde – simuliert wie menschliche Atmung. Rote Blutkörperchen nahmen Sauerstoff aus umgebenden Gefäßen auf, ähnlich dem Gasaustausch in Lungenalveolen.
In einem weiteren Experiment transplantierte das Team 3D-gedrucktes Gewebe mit primären Leberzellen erfolgreich in Mäuse mit chronischer Leberschädigung.
In Großbritannien warten derzeit rund 6.000 Menschen auf Organtransplantationen. Bioprintete Organe aus Patientenzellen könnten Engpässe lindern und Abstoßungen minimieren.
„Bioprinting wird in den nächsten 20 Jahren Medizin revolutionieren“, prognostiziert Miller. „Die Leber mit ihren 500 Funktionen ist besonders spannend“, ergänzt Stevens. „Keine Maschine ersetzt sie vollständig – bioprintete Organe könnten das ändern.“