Foto: Künstliche Blutgefäße
Die künstlichen Blutgefäße sind
biokompatibel und elastisch;
© Messe Düsseldorf

Kapillargefäße zeichnen sich durch sehr kleine und komplexe Strukturen aus. Bisher machten den Forschern vor allem die Nachbildung der feinen Verzweigungen und Hohlräume zu schaffen. Ihre künstliche Herstellung war auf konventionellem Weg nicht möglich. Doch nun ist es Wissenschaftlern von fünf Fraunhofer-Instituten gelungen, mithilfe der im Rapid Prototyping etablierten 3-D-Drucktechnik und der in der Polymerwissenschaft entwickelten Multiphotonenpolymerisation, komplexe 3-D-Modelle aufzubauen und sie auf elastische Biomaterialien zu übertragen.

Kleine gedruckte Röhren

„Alles, was wir dafür brauchen, ist ein 3-D-Inkjet-Drucker und eine spezielle mit Polymeren angereicherte Tinte“, erklärt Christian Nüsser vom Fraunhofer ILT. „Der Drucker trägt die flüssigen Polymere in Schichten auf und der integrierte Laser sorgt dafür, dass die einzelnen Lagen nur an bestimmten Stellen durch freie Radikale chemisch verbunden werden.“ Um aber ein perfektes Ergebnis zu erzielen, muss diese Technik mit der Multiphotonenpolymerisation kombiniert werden.

Dabei treffen kurze, intensive Laserpulse auf das Material und regen die einzelnen Moleküle so stark an, dass diese sich zu längeren Ketten verbinden. Die entstandenen Strukturen polymerisieren und werden fest. Trotzdem bleiben sie so elastisch wie natürliche Materialien. Diese Reaktion lässt sich derart gezielt steuern, dass der Aufbau von feinsten Strukturen nach einem dreidimensionalen Bauplan möglich ist.

„Damit die späteren Blutgefäße biokompatibel sind, müssen die synthetischen Röhrchen nachträglich mit Zellen besiedelt werden“, sagt Nüsser. Dazu integrieren die Wissenschaftler modifizierte biologische Strukturen und Ankerproteine in die Innenwände. In einem zweiten Schritt können sich in den Röhrensystemen Endothelzellen anheften. Diese Zellen bilden im Körper die innerste Wandschicht eines jeden Gefäßes. „Dieses Vorgehen ist wichtig, damit das Blut ungehindert durch die Gefäße transportiert werden kann und nicht kleben bleibt“, erklärt Nüsser.

Chancen für die Medizin

Noch steckt der Aufbau elastischer dreidimensional geformter Biomaterialien in den Kinderschuhen. „Unser nächster Schritt wird es sein, diese Blutgefäße mit bereits herstellbaren Zellen, wie etwa Hautzellen, zu kombinieren, damit diese mit Nährstoffen versorgt werden können“, sagt Nüsser. Dies gelte auch für komplett künstliche Organe, die sich zum derzeitigen Zeitpunkt aber noch nicht für eine Transplantation eignen. Auf diese Weise könnten allerdings Tierversuche ersetzt werden und selbst die Behandlung von Bypass-Patienten mit künstlichen Gefäßen sei denkbar.

„Unser langfristiges Ziel ist es, Organe aus eigenen Stammzellen und Blutgefäßen im Labor herzustellen, damit dann eines Tages vielleicht komplett auf Organspenden verzichtet werden kann“, wagt Nüsser einen Ausblick. „Da es sich dann um komplett körpereigenes Material handeln würde, ginge die Gefahr der Abstoßung bei einer Organtransplantation gen null.“ Bis die Technik allerdings so ausgereift ist, dass sich diese Vision verlässlich umsetzen ließe, wird noch einige Zeit ins Land gehen.

Nadine Lormis
MEDICA.de