3D Bioprinting: Behandlung von Rückenmarksverletzungen

250.000 bis 500.000 Menschen erleiden jährlich eine Rückenmarksverletzung. Allein in Deutschland leiden ungefähr 17 000 Menschen unter einer daraus folgenden Querschnittslähmung. Zwar gibt es bereits Ansätze zu Behandlung der Verletzung, jedoch konnte bis jetzt noch kein wirklicher Erfolg verzeichnet werden.

Bioprinting wird bereits in vielen medizinischen Bereichen genutzt. So soll es beispielsweise möglich sein, menschliche Organe zu drucken, von einer ganzen Leber bis hin zum Herzgewebe.

Ingenieure und medizinische Forscher der University of Minnesota entwickeln nun ein bahnbrechendes 3D-Druckgerät, welches zu einer erfolgreichen Behandlung von Rückenmarksverletzungen mithilfe von Bioprinting führt. Ihre Arbeit wurde in der Fachzeitschrift Advanxed Functional Materials unter dem Namen „3D Printed Stem-Cell Derived Neural Progenitors Generate Spinal Cords Scaffolds“ veröffentlicht.

Insgesamt zwei Jahre arbeitete das Team und kombinierte die Zellbiotechnologie mit modernen 3D-Drucktechniken, um letztendlich den ersten Prototyp eines 3D gedruckten Geräts mit lebenden Zellen zu erhalten.

Drucken von aktiven Zellen durch Bioprinting

Das Implantat besteht aus einer Führung und gedruckten Zellen. Die Silikonführung dient als Plattform, worauf die spezialisierten Zellen gedruckt werden. Die Führung hält die neuronalen Stammzellen am Leben und ermöglicht ihnen weiterhin die Umwandlung zu Neuronen. Einzigartig an diesem Prozess ist, dass die Führung und die Zellen mit ein und demselben 3D-Drucker gedruckt werden können.

Für den Druck der Zellen werden eigene Zellen des Patienten genutzt, damit es zu keiner Abstoßreaktion des Körpers kommt. Außerdem ist die Größe des Implantats flexibel an den Patienten und seine Verletzung anpassbar.

In der Chirurgie wird die Führung in das verletzte Rückenmark implantiert. Es wurde herausgefunden, dass die Weiterleitung von Signalen über die Verletzung hinweg die menschlichen Funktionen des Patienten verbessern können. Hier dient es dementsprechend als eine Art Brücke zwischen lebenden Nervenzellen oberhalb und unterhalb des verletzten Bereiches und stellt eine Verbindung dar.

Dr. Michael McAlpine, Co-Autor der Studie und Professor für Maschinenbau berichtet, es wäre das erste Mal, dass man in der Lage war, neuronale Stammzellen auf einen 3D gedruckten Leitfaden direkt zu drucken und die Zellen im Labor zu aktiven Nervenzellen zu differenzieren.

Eine große Herausforderung innerhalb des Projektes war die hohe Empfindlichkeit der Zellen. Dies machte es für die Forscher nicht leicht, sie sanft in den Prozess einzubringen. Es wurden zahlreiche Prozesse getestet, bis 75% der Zellen während des Druckvorgangs am Leben erhalten werden konnten. Diese werden sich letztendlich in gesunde Neuronen verwandeln können.

Dieses farbverbesserte Bild zeigt lebende Zellen, die den 3D-Druckprozess überlebt haben

Bioprinting zur langfristigen Behanldung von Rückenmarkspatienten

Gegenwärtig gibt es keine guten, präzisen Behandlungen für Menschen mit langfristigen Rückenmarksverletzungen

Die neue Technologie bringt vor allem Hoffnung auf Schmerzlinderung bei betroffenen Patienten mit sich. Vielleicht sogar die Hoffnung, die Kontrolle über gewisse Funktionen wieder Kontrolle zu erlangen, vor allem über Muskeln, Darm und Blase.

Mehr Informationen finden sie in der Fachzeitschrift Advanxed Functional Materials oder auf der offiziellen Website von der University of Minnesota.

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