Science
20.01.2015

Japaner wollen Knochen mit 3D-Drucker herstellen

Ein maßgefertigtes Hüftgelenk aus dem 3D-Drucker - diese Vision wollen japanische Wissenschafter bald Realität werden lassen. Als Ausgangsmaterial dienen Stammzellen.

Sein Team arbeite an einer neuen Generation von Bio-3D-Druckern, die Haut-, Knochen- und Knorpelimplantate herstellen könnten, sagte Tsuyoshi Takato vom Universitätskrankenhaus in Tokio. Ausgangsmaterial für die Knochen aus dem Drucker sind Stammzellen - jene Zellen, die sich zu jedem möglichen Teil des Körpers entwickeln können - und Proteine, die das Wachstum auslösen, sowie chemische Substanzen, die dem menschlichen Kollagen ähneln.

Auch für Kinder geeignet

Mithilfe des 3D-Druckers versuchten sie, „die Struktur von Organen nachzuahmen“, beispielsweise die harte Oberfläche und das schwammähnliche Innere eines Knochens, erläuterte der Professor für Plastische Chirurgie. Auf Grundlage der Daten eines Computertomographen könne ein Drucker dann binnen weniger Stunden passgenau das benötigte Implantat herstellen. Ein Vorteil dieser Implantate sei, dass sie rasch mit dem körpereigenen Gewebe verwachsen.

„Normalerweise benötigt man für ein Implantat Knorpel oder Knochen aus dem Körper des Patienten, aber das ist für diese maßgefertigten Implantate nicht nötig“, sagte Takato. Besonders Kindern, die unter Knochen- oder Knorpelproblemen leiden, könnte die neue Technologie helfen. Da sie rasch wachsen, sind die bisher üblichen synthetischen Implantate für sie schlecht geeignet.

Protein von Fujifilm

Das Hauptproblem bei der Verwendung von 3D-Druckern für medizinische Zwecke ist die entstehende Hitze, die lebende Zellen und Proteine zerstört. „Noch haben wir das noch nicht vollständig gelöst, aber wir haben schon einige Modelle und sind dabei herauszufinden, welches am effizientesten ist“, sagt der Wissenschafter. Für ihre Forschung verwendet das Team um Takato ein künstliches Protein, das die Firma Fujifilm für Negativfilme entwickelt hat.

Da es dem menschlichem Kollagen nachempfunden ist und nicht von Tieren stammt, kann der Körper es leicht integrieren und das Risiko für Infektionen wie beispielsweise BSE ist geringer. Takato plant in drei Jahren mit den klinischen Tests für Haut aus dem 3D-Drucker zu beginnen. Danach will er Knochen, Knorpel und Gelenke aus dem Drucker am Menschen testen.

Künstlicher Knochen

Bei einem vorangegangenen Projekt namens „ CT Bone“ hatten Takato und andere Forscher für die Implantate Calciumphosphat verwendet, aus dem auch echte Knochen bestehen, jedoch keine Stammzellen. Die „ CT Bone“-Implantate werden in gebrochene Knochen eingesetzt oder anstelle eines fehlenden Knochenstücks und dienen so als Gerüst für neu wachsende Knochen. Nach etwa zwei Jahren ersetzt körpereigenes Knochenmaterial die künstlichen Knochen.

Tierversuche legten nahe, dass die Regeneration der körpereigenen Knochen noch schneller verläuft, wenn Implantate aus Stammzellen und Collagen eingesetzt werden, sagt Takato. Bis diese in der Praxis zum Einsatz kommen, werden noch ein paar Jahre vergehen. Für die „CT Bone“-Implantate hingegen werden die japanischen Gesundheitsbehörden voraussichtlich noch dieses Jahr ihre Genehmigung erteilen.

Weltweite Forschung

Auf der ganzen Welt wird derzeit an dem Thema intensiv geforscht. In China etwa wurde im Vorjahr erstmals ein 3D-gedruckter Halswirbel implantiert. US-Forscher produzieren mit 3D-Drucker Gewebe und wollen in Zukunft komplette Organe für Transplantationen herstellen (die futurezone berichtete).