Implantate aus lebendem Gewebe geschaffen

Bereits seit zehn Jahren tüftelt das Team um Anthony Atala vom Wake Forest Institute for Regenerative Medicine in Winston-Salem (North Carolina) daran, Knochen-, Knorpel- und Muskelgewebe in verschiedenen Formen nachzubilden. Eine Anwendung in der Humanmedizin stehe aber noch in weiter Ferne, betonen die Forscher.

„Dieser neue Gewebe- und Organdrucker ist ein wichtiger Fortschritt in unserem Bestreben, Ersatzgewebe für Patienten zu produzieren“, wird Atala in einer Mitteilung seines Instituts zitiert. Sein Team habe einen Weg gefunden, mächtige Gewebeschichten erfolgreich zu implantieren, nachzulesen nun in "Nature Biotechnology". Bisher scheiterten die meisten Versuche daran, dass bei einer Gewebedicke von mehr als 200 Mikrometern (Tausendstel Millimetern) die einzelnen Zellen nicht mehr ausreichend mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgt werden können. Für diesen Zweck entwickelten die Forscher Mikrokanäle.

Atala und Kollegen verwendeten für das Gerüst ihres Gewebes den Kunststoff Polycaprolacton (PCL), der vollständig biologisch abbaubar ist. Allerdings dauert dieser Abbau bis zu zwei Jahre, so dass das PCL das Ersatzgewebe lange stützen kann. In das PCL-Gerüst sind Lagen mit Hydrogel, die lebende Zellen enthalten, sowie die Mikrokanäle eingebaut. Das Hydrogel besteht aus Gelatine, dem Protein Fibrinogen, Hyaluronsäure und Glyzerin in Glukose gemixt. Für die verschiedenen Gewebearten passten die Wissenschaftler die genaue Mischung jeweils an.

Nach den Daten einer Computertomografie (CT) entwarfen die Forscher ein Knochenstück, das den fehlenden Teil eines Kieferknochens passgenau ersetzen kann. Aus den CT-Daten wurden mit Hilfe von Grafik-Software die Steuerdaten für den 3D-Drucker hergestellt. In einer Nährlösung vermehrten sich die gedruckten Zellen und bildeten schließlich feste Knochen.

Ein gedrucktes Stück Schädelknochen konnte den Forschern zufolge erfolgreich in Ratten verpflanzt werden. Vom angrenzenden Gewebe aus bildeten sich Blutgefäße in das Ersatzgewebe hinein. Ebenso wurde Knorpelgewebe in der Form und Größe eines menschlichen Babyohrs auf den Rücken von Mäusen implantiert und behielt dort seine Form. Bei eingepflanzten Muskelstücken wurde das künstliche Gewebe nicht nur mit Blutgefäßen, sondern auch mit Nervenverbindungen versorgt. Dies ist notwendig, damit der neue Muskel am Ende voll funktionsfähig ist.

Obwohl die Gruppe um Atala teilweise schon mit menschlichen Zellen gearbeitet hat, sieht sie vor einer Anwendung in der Humanmedizin noch großen Forschungsbedarf. So hat sie die Antwort des Immunsystems des Empfängers bisher nicht in ihre Forschung einbezogen. Das Team strebt nun die Herstellung komplexerer Gewebe und ganzer Organe an.