Am Montag, dem 2. September, beginnt die Woche der Organspende, eine Zeit, in der die Bedeutung der Organspende hervorgehoben und die Selbstlosigkeit der Spender gefeiert wird. Derzeit warten im Vereinigten Königreich mehr als 6 300 Menschen auf eine Organtransplantation, und leider sterben jeden Tag etwa drei Menschen auf der Warteliste. Im Rahmen der Bemühungen, die Zahl der Spender zu erhöhen und einige dieser vermeidbaren Todesfälle zu verringern, wird England im Jahr 2020 zu einem „Opt-out“-System übergehen. Alle Erwachsenen in England gelten dann als Organspender, es sei denn, sie haben sich gegen eine Spende entschieden oder gehören zu einer der ausgeschlossenen Gruppen.
Dieser Ansatz wird zwar hoffentlich dazu führen, dass die Wartezeit eines Patienten auf ein geeignetes Organ für eine Transplantation verkürzt wird, aber er geht nicht auf das andere Hauptproblem der Transplantation ein – die Abstoßung. Das Immunsystem des Transplantatempfängers erkennt die Spenderorgane als „fremd“ und kann sie angreifen, um sie aus dem Körper zu entfernen. Immunsuppressive Medikamente können dazu beitragen, das Ausmaß der Abstoßung zu minimieren, sind aber nicht immer langfristig erfolgreich, und ihr Einsatz ist mit eigenen unerwünschten Wirkungen verbunden.
In einer idealen Welt wäre man nicht auf Spenderorgane angewiesen. Jeder, der eine Transplantation benötigt, würde ein personalisiertes Organ erhalten, das im Labor aus seinen eigenen Zellen hergestellt wird. Das bedeutet, dass man nicht auf einen menschlichen Spender warten muss und das Risiko einer Abstoßung minimal ist. Auch wenn dies derzeit noch eine recht futuristische Idee zu sein scheint, unternehmen mehrere Forschungsgruppen erste Schritte, um dies eines Tages Wirklichkeit werden zu lassen.
Im Mittelpunkt vieler dieser Projekte stehen 3D-Biodrucktechnologien. Aufbauend auf den Prinzipien des 3D-Drucks werden beim Bioprinting aus Zellen hergestellte Biotinten verwendet, um lebendes Gewebe Schicht für Schicht zu drucken. In der Regel wird dabei auch eine Art Gerüst verwendet, um die Zellen zu stützen und zu schützen. Indem man sorgfältig steuert, welche Zellen wo platziert werden, kann das Bioprinting die Herstellung komplizierter biologischer Strukturen ermöglichen. Derzeit laufen mehrere Projekte, um diese Technologie für den Druck funktioneller menschlicher Gewebe zu nutzen, was der erste Schritt zum Druck eines ganzen Organs ist.
Das Herz
Wissenschaftler der Carnegie Mellon University haben vor kurzem gezeigt, dass sie in der Lage sind, Herzkomponenten in vollem Umfang zu drucken, darunter Kardiomyozyten, Herzklappen und Herzkammern. „Wir haben gezeigt, dass wir Teile des Herzens aus Zellen und Kollagen drucken können, die wirklich funktionieren, wie eine Herzklappe oder eine kleine schlagende Herzkammer“, erklärte Adam Feinberg, Professor für Biomedizinische Technik und Materialwissenschaft und -technik, in einer Presseerklärung.
Mit Hilfe eines speziell entwickelten Hydrogels konnten die Forscher eine der Hauptschwierigkeiten beim Drucken von Kollagen überwinden – die Verhinderung seiner Verformung. Kollagen ist das am häufigsten vorkommende Protein in menschlichem Gewebe, so dass die Fähigkeit, es effektiv zu drucken, auch für die Herstellung anderer Organe als des Herzens wichtig sein wird.
„Es ist wichtig zu verstehen, dass noch viele Jahre der Forschung zu leisten sind“, fügte Feinberg hinzu. „Aber wir sollten uns darüber freuen, dass wir echte Fortschritte bei der Entwicklung funktionsfähiger menschlicher Gewebe und Organe machen, und diese Arbeit ist ein Schritt auf diesem Weg.“

Die Lunge

Eine große Herausforderung bei der Schaffung voll funktionsfähiger Gewebe und Organe besteht darin, sie mit einem System zu versorgen, das eine angemessene Blutversorgung gewährleistet und Abfallprodukte effizient entfernt. Ein Team von Wissenschaftlern der Rice University hat vor kurzem eine quelloffene Bioprinting-Technologie – SLATE (Stero-Lithographie-Apparat für Tissue Engineering) – entwickelt, die die Schaffung komplexer Gefäße ermöglicht.
Das Team demonstrierte die Fähigkeiten der Technologie durch das Bioprinting von lungenähnlichen Luftsäcken, die eine Bewegung von Sauerstoff ähnlich dem Gasaustausch in den Alveolen der menschlichen Lunge ermöglichen. Die Technik kann auch für das Bioprinting anderer Gewebe und Strukturen wie bikuspide Herzklappen eingesetzt werden.
„Mit der Hinzufügung von multivaskulären und intravaskulären Strukturen eröffnen wir eine Reihe von Gestaltungsmöglichkeiten für das Engineering von lebendem Gewebe“, sagte Jordan Miller, Assistenzprofessor für Bioengineering an der Rice University, in einer Pressemitteilung, in der die Arbeit beschrieben wird. „
Die Niere

Auf der Grundlage von Forschungsergebnissen aus dem Jahr 2016 hat ein Team des Wyss-Instituts kürzlich ein 3-D-Modell des vaskularisierten proximalen Tubulus geschaffen, das die Rückresorptionsfunktion der menschlichen Niere besser nachahmt. In dem Modell sind durchlässige Tubuli und Blutgefäße nebeneinander gedruckt und können miteinander kommunizieren. „Wir bauen diese lebenden Nierengeräte in wenigen Tagen auf, und sie können monatelang stabil und funktionsfähig bleiben“, so Erstautor Neil Lin in einer Pressemitteilung.
Die Arbeit ist Teil der 3D Organ Engineering Initiative des Wyss-Instituts, die multidisziplinäre Forscher mit dem Ziel zusammenbringt, biotechnologisch hergestellte transplantierbare Gewebe und Organe zu entwickeln.

Auch andere Gruppen arbeiten daran, Komponenten anderer Organe wie Leber, Haut und Hornhaut im Bioprint-Verfahren herzustellen.

Diese Beispiele verdeutlichen zwar die großen Fortschritte, die beim präzisen Drucken von funktionierendem Gewebe gemacht wurden, doch wird es wahrscheinlich noch einige Zeit dauern, bis es möglich ist, ganze Organe für die Transplantation zu bioprinting. Um von kleinen, relativ einfachen Gewebestrukturen zu großen, komplexen, vollständigen Organen zu gelangen, sind weitere Fortschritte in Bereichen wie der Integration von Gefäßnetzwerken erforderlich.
Wenn die technischen Hürden überwunden sind und voll funktionsfähige Organe erfolgreich biologisch gedruckt werden können, können umfangreiche Sicherheitstests und behördliche Maßnahmen den Zeitraum verlängern, bis Patienten ein biologisch gedrucktes Organ erhalten können. Obwohl es leider unwahrscheinlich ist, dass das Bioprinting Patienten, die derzeit eine Organtransplantation benötigen, helfen kann, sind viele optimistisch, dass es nur eine Frage der Zeit ist, wann und nicht ob biologisch gedruckte Gewebe und Organe zur Verfügung stehen werden und eine Alternative zur Organspende darstellen.