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Neue Organe: Ein Herz aus dem Tintenstrahldrucker

Text und Grafik auszudrucken war gestern - "organ printing" ist vielleicht morgen. Wissenschaftler möchten in Zukunft aus Zellen ganze Organe drucken. Im Prinzip reicht dazu die Technik eines Tintenstrahldruckers.

Toyama - In Millionen Haushalten oder Büros steht er - und seine Aufgabe ist es, Text und Grafik in Schwarzweiß oder Farbe aufs Papier zu bringen. Manche Wissenschaftler wollen aber mehr aus Tintenstrahldruckern herausholen - zum Beispiel ganze Organe. Mit seiner Technologie wollen sie Gewebe regelrecht drucken.

Makoto Nakamura und sein Zelldrucker: "Es ist, als würde man einen Wolkenkratzer unter dem Mikroskop zusammenbauen"
AFP

Makoto Nakamura und sein Zelldrucker: "Es ist, als würde man einen Wolkenkratzer unter dem Mikroskop zusammenbauen"

Der japanische Forscher Makoto Nakamura zählt zu den Pionieren im neuen Forschungsbereich des "Organ Printing": "Letztendlich hoffe ich, dass ich ein Herz schaffen kann", sagt der Professor am Institut für Wissenschaft und Technologieforschung an der Universität von Toyama.

Das wird noch eine Weile dauern. Das Prinzip ist klar: Statt mikroskopisch kleiner Tintentröpfchen soll der Drucker Tausende menschliche Zellen pro Sekunde aus dem Druckkopf schleudern - und sie dabei gleich zu einem dreidimensionalen Organ zusammensetzen. Damit die Zellen nicht austrocknen und in eine dreidimensionale Form kommen, werden sie in einer Lösung aus Natriumalginat gelagert und auf Kalziumchlorid gedruckt.

Wenn ein Drucker diese Zellen an der richtigen Stelle der Organkopie positioniert und diesen Vorgang für alle Schichten wiederholt, entsteht ein neues dreidimensionales Organ. "Es ist, als würde man einen Wolkenkratzer unter dem Mikroskop zusammenbauen", erklärt Nakamura. "Statt Stahlträgern, Beton und Glas benutzt man verschiedene Arten Körperzellen und anderes Material."

In 20 Jahren könnte es soweit sein, schätzt Nakamura. Dann, so glaubt er, wird das erste menschliche Herz aus dem Drucker kommen. Für Patienten, die auf eine Transplantation warten, wäre eine solche Massenproduktion menschlicher Organe ein Segen. Ein Herz aus den Zellen des Patienten selbst würde keine Abstoßungsreaktion des Immunsystems nach sich ziehen.

"Ich musste ihnen beim Sterben zusehen"

So wie ein Tintenstrahler verschiedene Farben auswählt, kann das Gerät verschiedene Zelltypen plazieren. Nakamura ist es bereits gelungen, hauchdünne Zellwände aus lebenden Zellen herzustellen. Er benutzt dazu einen 3-D-Drucker, den sein Team in einem dreijährigen Projekt entwickelt hat. Das Gerät hat eine Genauigkeit von einem Tausendstel Millimeter und druckt mit einer Geschwindigkeit von drei Zentimetern in zwei Minuten.

Nakamura war einmal praktizierender Kinderarzt. Aber als er Kinder mit Herzproblemen behandelte, hatte er schnell den Eindruck, dass die Medizin mit ihrem bisherigen Können bei vielen Patienten machtlos ist. "Ich musste ihnen beim Sterben zusehen", erzählt er frustriert. Mit 36 Jahren gab er schließlich seine klinische Arbeit auf und widmete sich ganz der Forschung.

Jahrelang erforschte Nakamura künstliche Herzen aus dem Labor. Für ihn waren sie jedoch noch keine Alternative zu Spenderherzen. Er begann zu experimentieren. Ihm fiel auf, dass Tropfen aus dem Tintenstrahler in etwa die Größe menschlicher Zellen haben: ein hundertstel Millimeter. 2002 kaufte sich Nakamura einen handelsüblichen Drucker und versuchte, ihn mit Zellen zu bestücken. Doch die Düse verstopfte. Als der Mediziner einer Mitarbeiterin des Kundendienstes erklärte, er wolle Zellen drucken, wollte ihm niemand weiterhelfen. Erst nach mehreren Versuchen willigte die Druckerfirma ein und sicherte Nakamura Unterstützung zu.

2003 der erste Durchbruch: Nakamura gelang es, Zellen zu drucken, die den Druckvorgang auch überlebten. Der Japaner war einer der ersten Forscher, die eine 3-D-Struktur aus realen lebenden Zellen mit Hilfe eines Tintenstrahldruckers herstellten.

In der Zukunft könnte die Technologie den Weg für die Verwendung von Stammzellen ebnen - und damit für die Schaffung gesunder neuer Organe. "Ich weiß wirklich nicht, was die künftigen Möglichkeiten sind", sagt Nakamura ganz offen. "Aber in der Zukunft werden wir diese Technologie brauchen."

Miwa Suzuki, AFP

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