Zellen und ganze Organe aus dem 3D-Drucker
In vielen Ländern wird mit Hochdruck an einer perfekten Biotinte geforscht. Es ist bereits erfolgreich gelungen, funktionierende Organe mit einem 3D-Drucker herzustellen. Schon im Jahr 2011 gab es einen Prototypen, eine gedruckte Niere wurde als große Innovation einem breiten Publikum vorgestellt. Dies stellte zwar einen bahnbrechenden Erfolg dar, zur Transplantation eignete sich das Organ von 2011 aber nicht.
Ein funktionierendes Herz aus dem 3D-Drucker
Eine weiterer, bedeutender Meilenstein auf diesem Gebiet ergab sich 2017. An der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich, kurz ETH Zürich, gelang es Forschern erstmals, ein voll funktionsfähiges Herz im 3D-Drucker nachzubilden. Die Funktion wird etwa 3.000 Schläge lang voll erhalten, also etwa 30 bis 40 Minuten, danach reißt das Gewebe. Gelingt die Optimierung der Biotinte für dieses Organ, kann es weltweit millionen Menschenleben retten. Die Wartezeiten auf ein Spenderherz sind heutzutage für die meisten Patienten noch viel zu lang.
Knochen und Zähne aus dem 3D-Drucker
Durch neuartige Verfahren und Materialien ist es seit kurzem möglich, menschliche Knochen und Zähne im 3D-Drucker nachzubilden. Dazu wird neben einem bio-aktiven Keramikdruckstoff auch eigenes Gewebe des Patienten verwendet. Es kommt dadurch zu weniger Abstoßung, ungewünschte Materialien lösen sich im Körper einfach auf. Ähnlich wie bei Fäden, die nicht gezogen werden müssen.
In China wird derzeit ein Roboter getestet, der beschädigte Zähne autonom ersetzen kann. Es handelt sich um einen Mulitfunktionsdrucker, der zusätzlich mit einem 3D-Scanner und Elementen aus der Robotik kombiniert ist. Der Zustand des Patienten wird ermittelt und dreidimensional erfasst. Fehlende oder beschädigte Zähne können anhand der Daten rekonstruiert und ausgedruckt werden. Nach dem Druck ist die Maschine in der Lage, diese den Patienten selbständig einzusetzen. In der Testphase waren zu jeder Zeit Ärzte anwesend, die Behandlung erfolgte in einem chinesischen Militärkrankenhaus. In der Zukunft soll es möglich sein, die Maschine komplett ohne menschliche Unterstützung arbeiten zu lassen. In China herrscht derzeit großer Ärztemangel, vor allem im zahnmedizinischen Bereich. Dieser Roboter gibt vielen Millionen Chinesen Hoffnung auf Behandlung, die Maschine arbeitet dabei hoch präzise und erreicht auch Bereiche in der Mundhöhle, die vom Menschen nur schwer einsehbar sind.
Wie funktioniert das Drucken in drei Dimensionen?
Bei der additiven Fertigung wird das zu druckende Objekt Schicht für Schicht erzeugt. Bei manchen Verfahren wird ein Kunststoff geschmolzen und dann schichtweise übereinander von einem Extruder aufgetragen. Vor allem beim Druck mit Keramik kommt ein anderes Verfahren zum Einsatz, bei dem mit einem Pulver gearbeitet wird. Das Schmelzen erfolgt hier durch starke Laser, der Laserstrahl wird mittels beweglicher Spiegel über den zu druckenden Bereich gelenkt. Überschüssiges Pulver wird entfernt und kann verlustfrei weiterverwendet werden.
Was genau ist Biotinte?
Der Druckstoff besteht aus einer Mischung von lebenden Zellen und biokompatiblen Polymerbausteinen. Durch Temperaturzufuhr können die Eigenschaften variiert werden, ein bei Raumtemperatur flüssiger Druckstoff könnte bei Erwärmung etwa gelieren. Die physikalischen und biologischen Parameter sind individuell anpassbar, es gibt auch spannende Ergebnisse auf dem Gebiet der Formgedächtnislegierung. Dabei kann ein Objekt verformt werden und nimmt unter bestimmten Bedingungen, etwa Kälte oder einer vordefinierten Temperatur, wieder seinen ursprünglichen Zustand an. Es ist mittels Biotinte bereits möglich, menschliche Haut zu produzieren. Diese konnte bereits erfolgreich transplantiert werden. Wird die Herstellung günstiger, ist dies eine echte Alternative für Brandopfer.
