Funktionierender Prototyp Forscher erzeugen Herzkammer im 3D-Drucker

Seit Jahren versuchen Forscher, künstliche Organe mithilfe von Strukturen aus dem 3D-Drucker zu erzeugen. Nun haben sie eine Herzkammer mit Herzklappe geschaffen, die sich eigenständig zusammenzieht.
Herzklappe aus dem 3D-Drucker: "Nach vier Tagen zog sich die Herzkammer sichtbar zusammen"

Herzklappe aus dem 3D-Drucker: "Nach vier Tagen zog sich die Herzkammer sichtbar zusammen"

Foto: Carnegie Mellon University College of Engineering/ AFP

Forscher haben eine funktionierende Herzklappe, Herzkammer und weitere Teile des menschlichen Herzens mit einem 3D-Drucker hergestellt. Die dafür genutzte Technik könnte eines Tages helfen, ganze funktionsfähige Organe zu drucken.

Die künstliche Herzkammer zieht sich regelmäßig zusammen - so, wie sie es in einem echten Herzen tun würde. "Wir haben gezeigt, dass wir aus Zellen und Kollagen Teile des Herzens drucken können, die tatsächlich funktionieren, etwa eine Herzklappe oder eine kleine schlagende Herzkammer", sagte Adam Feinberg von der Carnegie Mellon University. Das gedruckte Herz kann aber noch nicht in Menschen eingesetzt werden.

Gemeinsam mit Kollegen hat Feinberg Daten einer MRT-Untersuchung eines echten menschlichen Herzens ausgewertet. Anschließend versuchten die Forscher, das Organ mit Kollagen nachzubauen. Bei dem Material handelt es sich um ein Protein, das auch in Knochen, Sehnen und Schichten der Haut enthalten ist - in so gut wie jedem Gewebe des Körpers. Allerdings ist der Stoff in seiner Ausgangsform flüssig.

Drucken mit einer Flüssigkeit

Deshalb druckten die Forscher das Kollagen schichtweise in ein Gel, das dem Stoff eine Struktur gab. Indem sie den pH-Wert in schneller Abfolge veränderten, festigte sich das Kollagen in der richtigen Anordnung. Anschließend entfernten sie das Gel.

Zurück blieb das fertige Herzgerüst. Sein Gewebe war auf 20 Mikrometer genau nachgebildet. Das ist mehr als zehn Mal genauer als beim Vorläuferverfahren, das die Forscher vor vier Jahren vorgestellt hatten. In die poröse Mikrostruktur können Zellen und Blutgefäße einwachsen.

So versahen die Forscher eine nachgedruckte, linke Herzklappe mit Herzmuskelzellen, die sie aus embryonalen Stammzellen gewonnen hatten. Außerdem ergänzten sie Bindegewebszellen - sogenannte Fibroblasten. "Nach vier Tagen zog sich die Herzkammer sichtbar zusammen, und nach sieben Tagen schlugen die Zellen im Gleichtakt", berichtet das Team im Fachmagazin "Science" .

Für ihr Herz druckten die Forscher auch eine Herzklappe mit einem Durchmesser von 28 Millimetern.

Noch ist die Auflösung zu gering

Die Studie sei ein Machbarkeitsnachweis dafür, dass man mit dem Verfahren Gerüste für unterschiedliche Organe schaffen könne, berichten die Forscher. Kurzfristig könnte das Verfahren helfen, beschädigte Organe zu flicken, etwa Herzen, die nach einem Infarkt bestimmte Funktionen verloren haben. Noch gibt es aber einige Einschränkungen.

Um aus dem Kollagengerüst ein vollständiges Organ zu erschaffen, müssen Milliarden Zellen wachsen und sich miteinander vernetzen. In einem Begleitartikel  verweisen Queeny Dasgupta und Lauren Black von der Tufts University im US-Staat Massachusetts zudem darauf, dass das Gewebe auf mindestens einen Mikrometer genau nachgebildet werden müsse, um ein Herz vollständig nachahmen zu können.

Ein solches künstliches Organ müsste dann in Tierversuchen beweisen, dass es sicher ist, bevor es am Menschen erprobt und schließlich zugelassen werden könnte. "Vor uns liegen noch viele Jahre Forschung", sagt Feinberg.

Prototyp eines Mini-Herzens hergestellt

Organmangel ist ein weltweites Problem. Allein in den USA warten mehr als 4000 Menschen auf ein Spenderherz. In Deutschland, wo pro Jahr 300 Herzen transplantiert werden, warten nach Angaben der Bundeszentrale für gesundheitliche Aufklärung (BZgA) etwa 700 Menschen auf ein Herz.

Im April hatten israelische Wissenschaftler bereits den Prototyp eines Mini-Herzens aus Gewebe und Blutgefäßen im 3D-Drucker hergestellt, doch konnte es nicht eigenständig pumpen. Andere Forscher scheiterten, weil die Auflösung ihres Druckverfahrens nicht ausreichte, um menschliches Gewebe und Organe bis ins kleinste Detail nachzubilden.

hle/jme/AFP