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Cellbricks-Gründer Lutz Kloke vor dem 3D-Drucker, der immerhin schon Leberzellen in eine dreidimensionale Form drucken kann.
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Cellbricks-Gründer Lutz Kloke vor dem 3D-Drucker, der immerhin schon Leberzellen in eine dreidimensionale Form drucken kann.

Bioprinting

Organe aus dem 3D-Drucker: Was ist dran am Traum vom Bioprinting?

Menschliche Organe aus dem 3D-Drucker - davon träumt die Forschung. Wartelisten für Organspenden würden überflüssig, Tausende Leben gerettet. Aber wie weit ist die Wissenschaft eigentlich?

Von Jasper Riemann und Henrik Rampe

Als der Begrüßungsapplaus verstummt, sagt Erik Gatenholm den Satz, mit dem er die Welt retten will. Mehr müsste er streng genommen gar nicht sagen. Es ist der Kern seines Vortrags. Für Gatenholm würde es reichen, wenn die Zuhörer später die Halle verlassen und nur diesen einen Satz im Gedächtnis mit nach Hause nehmen.

„Stellen Sie sich eine Welt vor, in der Patienten nicht sterben müssen, während sie auf ein Organ warten.“

Dem Satz folgt eine Erzählung, die einer Verheißung gleicht. Sie lässt sich wie folgt zusammenfassen: Was wäre, wenn ein 3D-Drucker nicht nur Gegenstände drucken könnte? Sondern auch menschliches Gewebe, im besten Fall: ganze Organe – Herzen, Nieren, Lebern, die man dann transplantieren könnte?

Erik Gatenholm hat diese Vision bei einem TED-Talk im schwedischen Göteborg vor knapp drei Jahren vorgestellt. Aber wer einmal „3D-Druck“ und „Organ“ bei Google eingibt, merkt, dass der schwedisch-amerikanische Unternehmer nicht allein ist. Im Gegenteil: Die Hoffnung, mit der „Bioprinting“ genannten Technologie in der Zukunft Organe drucken zu können, fasziniert zunehmend Forschende und Start-up-CEOs gleichermaßen wie Medien.

In Deutschland warten über 9000 Menschen auf ein Spenderorgan

Kürzlich transplantierten Ärzte in den USA einem Patienten ein genetisch modifiziertes Schweineherz. Der Eingriff weckt Hoffnungen, Organspenden irgendwann überflüssig zu machen. Doch seit Jahren arbeiten Forschungsgruppen an einem anderen Weg zum gleichen Ziel: Sie wollen künstliche Ersatzteile für den menschlichen Körper herstellen. Der Nutzen einer solchen Technologie liegt auf der Hand: Seit jeher mangelt es bei Organen an der Spendenbereitschaft. Allein in Deutschland warten über 9000 Menschen auf ein Spenderorgan. Jeden Tag sterben hierzulande im Schnitt circa zwei Menschen, die kein passendes erhalten haben.

An der Anzahl wissenschaftlicher Publikationen lässt sich ablesen, wie rasant das weltweite Forschungsinteresse zunimmt. Ein Indikator ist die Zeitschriftendatenbank PubMed: Wer das Stichwort „Bioprinting“ eingibt, findet 33 veröffentlichte Fachaufsätze aus dem Jahr 2011. Heute, zehn Jahre später, sind es bereits rund 900.

Einer, der sich mit Bioprinting besonders gut auskennt, ist Lutz Kloke. Mehr als zwei Jahre hat Kloke daran getüftelt, dass sein Bioprinter Mini-Organe in Petrischalen druckt. In seinem Labor in Berlin-Wedding ist der 3D-Drucker, der aussieht wie ein gläserner Pizzaofen, nun sein wichtigster Mitarbeiter. Um den Drucker herum hat Kloke sein Start-up Cellbricks mit 16 Mitarbeitern aufgebaut. Wenn Kloke seinen beiden Töchtern im Kindergartenalter seinen Beruf erklärt, sagt er: „Papa druckt lebende Legosteine.“

Israelische Wissenschaftler druckten 2019 ein Mini-Herz

Er drucke „lebende Legosteine“, erklärt Lutz Kloke seinen kleinen Töchtern.

Auf Knopfdruck arbeitet der 3D-Drucker mit verschiedenen Materialien. Dabei wird die Biotinte, die aus biologischen Polymeren besteht und dem menschlichen Körper ähnelt, mit Zellen gemischt und ausgehärtet. Die anfangs noch flüssige Tinte baut sich Schicht um Schicht zu einer dreidimensionalen Form auf. Das Ergebnis nach dem Druckvorgang ist eine Petrischale gefüllt mit zusammengeklebten Zellklumpen, menschliches Gewebe. Ein Forschungserfolg in Trippelschritten.

Kloke sagt: „Noch kann ich keine funktionsfähige Leber drucken – aber ich kann Leberzellen in eine dreidimensionale Form drucken, damit sie wie eine Leber arbeiten.“

Bioprinting ist eine Zukunftstechnologie, die ein großes Versprechen in sich trägt und daher immer wieder Medieninteresse anzieht. International Schlagzeilen machte ein israelisches Forscherteam im Frühjahr 2019. Die Gruppe schaffte es sogar in die Tagesschau: Die Wissenschaftler hatten ein Mini-Herz gedruckt, etwa so groß wie eine Kirsche. Der Prototyp war viel kleiner, sah aber so aus wie ein menschliches Herz – ein perfektes Bild, das medial um die Welt ging.

Fachleute sind uneinig, wann Organe aus dem Drucker Realität werden könnten

Leider begrenzt sich die Ähnlichkeit des kleinen mit einem echten menschlichen Herzen, bislang vor allem auf das Optische. In der Funktionsweise kann das Mini-Herz noch lange nicht mit dem Original mithalten. Dennoch veröffentlichen Medien seit der Meldung immer wieder Texte, die sinngemäß die gleiche Überschrift haben: „Bekommen wir bald Organe aus dem 3D-Drucker?

Erste Antworten liefert eine Umfrage unter denen, die es am besten wissen müssen: Wissenschaftler:innen und Unternehmer:innen, die sich mit dem Thema besonders gut auskennen. Der Biotechnologe Tal Dvir von der Universität Tel Aviv hat die Studie zum Mini-Herz geleitet. Er sagt: „Ja, in zehn bis fünfzehn Jahren sind Organe aus dem Drucker Realität.“

Diplom-Biologin Hanna Hartmann, die am Naturwissenschaftlichen und Medizinischen Institut (NMI) in Reutlingen forscht, sagt: „Da kann ich nur spekulieren. Es dauert sicherlich noch viele Jahre, abhängig von der Komplexität des jeweiligen Organs.“

Kenneth Church, CEO der US-Firma NScrypt: „Es wird passieren. Eines Tages.“

Lutz Kloke, der Start-up-Gründer aus Berlin, sagt: „Das klappt. Aber vielleicht bin ich dann schon grauhaarig.“

Michael Gelinsky von der TU Dresden, ein renommierter deutscher Wissenschaftler auf dem Gebiet, prognostiziert: „Zu meinen Lebzeiten wird das mit Sicherheit noch nicht möglich sein.“

Wir wissen noch gar nicht genug über Organe, um sie zu reproduzieren

Zuletzt ein Anruf bei der Deutschen Stiftung Organtransplantation. Die Stiftung vermittelt Spenderorgane an Empfänger:innen auf der Warteliste. Eine Mangelverwaltung. Wie lange sind wir noch auf Organspenden angewiesen? Wann gelingt der große Wurf in der Forschung? „Wie weit die Forschung ist, weiß ich ehrlicherweise nicht“, sagt die Pressesprecherin. „In unserer aktuellen Arbeit spielt diese Zukunftsvision noch keine Rolle.“

Der erste Schritt beim Bioprinting: Verstehen, wie Organe genau funktionieren.

Warum es so schwer ist, Organe aus dem 3D-Drucker herzustellen, erklärt Peter Koltay vom Institut für Mikrosystemtechnik (Imtek) an der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. Zunächst einmal wüssten Forschende vieles noch nicht über Organe und ihr Zusammenwirken im Körper. Und wie soll man etwas reproduzieren, das man noch nicht vollständig verstanden hat? Allein die Blutgefäße eines Organs seien eine Riesenherausforderung, von den vielen unterschiedlichen Zelltypen und komplexen Gewebestrukturen, die für viele Organe benötigt werden, ganz zu schweigen.

Zudem bräuchte man für jeden 3D-Organ-Druck sehr viele Zellen von den betreffenden Patient:innen, für die das Organ später gedacht ist, um die Abstoßung durch das Immunsystem zu verhindern, sagt Koltay. Diese Zellen müsste man zuerst in künstlicher Umgebung individuell für jeden einzelnen Menschen züchten und dann in einem pharmazeutisch sicheren Verfahren zu komplexen Geweben verarbeiten. Das alles als individuelle Produktion – ein gewaltiger Aufwand.

Schon jetzt lässt sich mit Bioprinting viel Geld verdienen

Koltay spricht von einem Hype, wie es ihn bei vielen neuen Forschungsideen gebe. Erst seien alle begeistert von der Vision und hätten überhöhte Erwartungen. Später realisierten sie die Schwierigkeiten und teilweise setze dann Ernüchterung ein. Im Laufe der Zeit entwickle sich die Forschung schließlich langsam und könne produktiv werden. Bioprinting von Organen für die Transplantationsmedizin sei eher noch in der ersten Phase, sagt Koltay.

Dennoch lässt sich mit Bioprinting bereits viel Geld verdienen. Das zeigt sich beispielhaft an der Geschichte von Erik Gatenholm – jenem Unternehmer, der beim TED-Talk in Göteborg die medizinische Lösung für ein Menschheitsproblem angepriesen hatte. Schon als Gatenholm den Vortrag hielt, führte er als CEO das börsennotierte Unternehmen Cellink. Im Alter von 25 Jahren hatte er die Firma mitgegründet, die eigenen Angaben nach die erste universell kompatible Biotinte produzierte.

Cellink heißt heute Bico Group, hat zahlreiche Konkurrenten aufgekauft und einen Börsenwert von rund 1,7 Milliarden Euro. Bereits neun Monate nach der Gründung ging das Unternehmen an die Börse.

Zwei Wochen, nachdem es im Nasdaq Nordiq gelistet war, hatte sich der Preis der Aktie bereits verdoppelt.

Die Technologie könnte Tierversuche unnötig machen

Erik Gatenholm ist nicht der einzige Unternehmer, der auf Bioprinting setzt. Gatenholm hat Konkurrenz in aller Welt. Die Firmen tragen Namen wie Organovo, TeVido Biodevices, BioLife4D, Cellular Life Sciences oder NScrypt (alle USA), Aspect Biosystems (Kanada), Cyfuse Biomedical (Japan), Poietis (Frankreich), Black Drop Biodrucker GmbH oder Cellbricks, das Startup von Lutz Kloke (Deutschland).

Wie andere Unternehmen auch, hätten vor allem Cellink, Organovo und BioLife4D die Geschichte von den Organen aus dem 3D-Drucker aktiv für die Vermarktung ihrer Produkte genutzt, sagt Koltay. Gleichzeitig weist der Forscher darauf hin, dass der Markt für Bioprinting-Produkte bislang auf die Forschung begrenzt sei. In der angewandten Medizin spiele die Technologie derzeit noch keine relevante Rolle. Zum Beispiel habe Cellink/Bico Group seine Produktpalette mittlerweile auch deutlich über das Bioprinting hinaus erweitert.

Cellbricks-Gründer Lutz Kloke im Labor.

Der Organ-Druck liegt noch in ferner Zukunft. Doch bis es so weit ist, können Forschende mit Bioprinting ganz andere Dinge erreichen. Denn tatsächlich kann die Technologie womöglich schon bald Leben retten – allerdings wohl erst von Tieren, dann von Menschen.

An Tumor-Modellen aus dem 3-D-Drucker werden Krebstherapien getestet

Bioprinting könnte nämlich dazu beitragen, die Anzahl der Tierversuche zu verringern. Viele Medikamente und Kosmetika können nur an lebenden Organismen getestet werden. Vom 3D-Drucker hergestellte Gewebe können eine ethische und effiziente Alternative etwa zu Versuchen mit Mäusen sein. Viele Gruppen arbeiten beispielsweise daran, hautähnliches Gewebe zu drucken, um die Verträglichkeit von Salben und Cremes zu testen. Firmen wie L’Oréal oder der Chemiekonzern BASF interessieren sich seit Jahren für derartige Möglichkeiten.

Gleichzeitig machen jüngste Erfolgsmeldungen aus Laboren Hoffnungen auf baldige Fortschritte in der Medizin. Im vergangenen August meldete ein Forschungsteam der Tel Aviver Universität, ein 3D-Modell eines Gehirntumors nachgedruckt zu haben. Und zwar mit den Zellen des Patienten. Die Idee: An solchen Modellen sollen diverse Krebstherapien getestet werden, bevor Patient:innen mit der besten behandelt werden.

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Schließlich gibt es noch die Wundheilung: der letzte große Bereich, in dem Expert:innen Potenzial für Bioprinting sehen. Vorstellbar wäre zum Beispiel, patientenspezifische Knochen mit dem 3D-Drucker herzustellen und danach zu implantieren. Doch wie so viele Sätze, die im Zusammenhang mit Bioprinting fallen, steht auch dieser im Konjunktiv. Wäre, könnte, würde: Die große Bioprinting-Revolution in der Medizin gibt es noch nicht. Doch die Hoffnung darauf, das steht fest, motiviert immer mehr Wissenschaftler:innen auf der ganzen Welt.

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