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Wissen Da wollen wir mal ein Auge ausdrucken: Organe aus dem 3-D-Drucker
Nachrichten Wissen Da wollen wir mal ein Auge ausdrucken: Organe aus dem 3-D-Drucker
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14:35 09.02.2019
Bionische Augen aus dem 3-D-Drucker – das klingt nach Science-Fiction. Doch ein Prototyp wurde bereits hergestellt, und Forscher arbeiten mit Hochdruck an der Weiterentwicklung des Verfahrens. Quelle: McAlpine Group, University of Minnesota
Berlin

Es wirkt wie Magie, aber es heißt Stereolithographie.“ Es ist der 30. Januar 1989 und im amerikanischen Frühstücksfernsehen kündigt die Moderatorin – stilecht mit 80er-Jahre-Föhnfrisur – einen Beitrag über eine neue Technologie an.

Darin wird gezeigt, wie die Autoindustrie ihre Modelle bald nicht mehr aus Lehm formen wird. Wie Apple seine Modems noch schneller auf den Markt bringen kann. Ja, wie zahlreiche amerikanische Industriezweige vor einer Revolution stehen. Alles dank der Stereolithographie – oder wie ihr Erfinder es ausdrückt: „Eine gute Art, es zu beschreiben, ist, es einen dreidimensionalen Drucker zu nennen.“

Heute stehen die 3-D-Drucker nicht nur in Fabriken und Designschmieden, sondern auch in vielen Wohnungen. Für einige Hundert Euro kann jeder aus einem virtuellen Modell Schritt für Schritt Realität werden lassen – ob Spielfiguren, Vasen oder Waffen. Doch die Ansprüche an die Technologie enden nicht bei Plastikkram und Bauteilen.

„Eine sehr komplizierte Herausforderung“

An die Projekte, die heute Aufmerksamkeit erregen, hat vor 30 Jahren wohl kaum jemand gedacht: Riesige 3-D-Drucker sollen in weniger als 24 Stunden Häuser drucken: billiger, individueller, mit weniger Material. Andere könnten dagegen eines Tages Mondmaterial in Unterkünfte für Astronauten verwandeln. Und wieder andere Drucker dem Menschen ganz neue Fähigkeiten verleihen. Denn besonders in der Medizin gibt es große Ambitionen für den 3-D-Druck.

3-D-Drucker produzieren Hörgeräte, Hüftimplantate oder Prothesen. Doch kommt etwas Fremdes in den Körper, kann dieser ungehalten reagieren. Bei Implantaten und Spenderorganen wird das dann zum Problem: Was eigentlich als Hilfe gedacht war, wird vom Körper bekämpft. Besser wäre es da, man könnte dem Menschen auf Basis seiner eigenen Zellen einfach ein neues, eigenes Herz oder eine neue Leber drucken.

Tatsächlich gibt es Wissenschaftler, die an Organen aus dem 3-D-Drucker arbeiten. Doch: „Menschliche Organe zu drucken ist eine sehr komplizierte Herausforderung“, sagt Michael McAlpine. Der Wissenschaftler von der Universität Minnesota forscht stattdessen an einer Art Kompromiss, einer Mischung aus künstlichen und biologischen Materialien.

Bei konventionellen 3-D-Druckern wie dem MakerBot wird Plastik erhitzt und die gewünschte Form in Schichten aufgebaut. Mittlerweile lassen sich jedoch auch Objekte aus Metall oder biologischem Material drucken. Quelle: Christian Platz/dpa

McAlpine versucht nicht, ganze Organe zu ersetzen, sondern entwickelt Lösungen und Geräte, die sich in die vorhandene Biologie des Körpers einfügen – zum Beispiel im Rücken.

Das Ergebnis wirkt eher unscheinbar: ein winziger, weißer Quader, gegen den die Fingerkuppe, auf der er liegt, riesig scheint. So sieht es aus, wenn Biotechnologie auf 3-D-Druck trifft. Um das Implantat herzustellen, druckte ein 3-D-Drucker erst ein weiches Silikongerüst. Anschließend druckte das gleiche Gerät neuronale Stammzellen auf das Gerüst, die sich dann im Experiment zu aktiven Nervenzellen entwickelten.

Das Ergebnis könnte Menschen mit Rückenverletzungen implantiert werden – zum Beispiel als Brücke, die lebende Nervenzellen ober- und unterhalb einer verletzten Stelle verbindet. Die Hoffnung ist, dass Patienten so zum Beispiel weniger Schmerzen spüren oder vielleicht die Kontrolle über Darm und Muskeln zurückerlangen. Weil sich auf dem Implantat die eigenen Zellen des Patienten befinden, wäre die Gefahr geringer, dass der Körper es zurückweist.

Biologische Tinten aus Zellen

Das Besondere an McAlpines Methode ist, dass der gleiche Drucker das Silikon und die Zellen drucken kann. Dazu mussten er und sein Team aber einen speziellen Drucker entwickeln, der mehr als herkömmliche 3-D-Drucker kann. Es gibt verschiedene 3-D-Druckverfahren, bei den meisten spricht man von „additiven Fertigungsverfahren“.

Das bedeutet einfach gesagt: Anstatt etwa von einem Block Holz so lange Material wegzunehmen, bis der Holzblock einem Holzkopf ähnlich sieht, wird beim 3-D-Druck das Material aufeinandergeschichtet, bis am Ende eine Plastikbüste dasteht. Denn wer sich einen 3-D-Drucker kauft, druckt in der Regel hartes Plastik. McAlpine dagegen entwickelte einen 3-D-Drucker, der auf einer Plattform mit mehreren unterschiedlichen Materialien arbeiten kann – etwa mit elektronischen und biologischen Tinten aus Zellen.

Den gleichen Drucker, der die Rückenmarksimplantate herstellen kann, hat McAlpine im vergangenen Jahr auch für den Prototypen eines bionischen Auges verwendet. Dabei zeigte er, dass es möglich ist, mit einem 3-D-Drucker Elektronik auf eine gewölbte Oberfläche zu drucken. Bionische Augen – das klingt nach Science-Fiction. Aber „mit Multimaterial-3-D-Druckern sind wir ihnen nun näher als je zuvor“, sagte McAlpine, als er das Auge präsentierte. Mithilfe eines voll funktionierenden bionischen Auges könnten blinde Menschen wieder sehen.

Mit (Hoch-)Druck in die Zukunft: Michael McAlpine von der Universität Minnesota arbeitet an Organen, die aus künstlichen und biologischen Materialien bestehen. Quelle: Renee Jones Schneider/Imago/ZUMA Press

Schlussendlich ist das Ziel der Forschung, erklärt McAlpine, eines Tages mit einem einzigen 3-D-Drucker anspruchsvolle Elektronik mit Biologie zu verbinden und das Ganze auf den jeweiligen Menschen zuzuschneiden. „Jeden Tag kommen wir der Verwirklichung näher.“

Und vielleicht geht es sogar noch einen Schritt weiter. McAlpine kann sich gut vorstellen, dass der 3-D-Druck uns Menschen eines Tages neue Fähigkeiten verleiht: „Wenn man ein Implantat schaffen kann, das jemanden heilen kann, dann kann man prinzipiell auch ein Implantat kreieren, das die Fähigkeiten eines Menschen verbessert.“ Vielleicht wird es dann gedruckte und durch elektronische Hilfe erweiterte Ohren geben, die mehr als natürlich gewachsene Ohren hören. Oder Augen, die auch Infrarotlicht sehen können.

Derzeit sei es noch die höchste Priorität, Menschen zu helfen, nicht ihnen neue Fähigkeiten zu geben, schränkt McAlpine zwar ein. Aber, um es mit den Worten der Frühstücksmoderatorin von vor 30 Jahren zu sagen: „Nun, es wird wirklich interessant zu sehen sein, wie Wissenschaftler das jetzt annehmen und in Zukunft anwenden.“

Von Anna Schughart

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