Herz und Nieren aus dem 3-D-Drucker klingen noch nach Science-Fiction. Doch ist das lediglich Zukunftsmusik oder heutzutage schon möglich? Wie weit ist die Medizin hier wirklich? Ein Experte klärt auf.
Wir haben uns mit Dr. Lothar Koch, Leiter der Gruppe Biofabrikation der Abteilung Nanotechnologie vom Laser-Zentrum Hannover e.V. darüber unterhalten, wo 3-D-Druck in der Medizin heute schon eingesetzt wird, welche Möglichkeiten, aber auch moralische Probleme es dabei gibt.
Herr Koch, bis wann kann ein voll funktionsfähiges Herz oder eine Niere aus dem 3-D-Drucker beim Menschen verpflanzt werden?
Dr. Lothar Koch: Bis wir es können: mindestens 20 Jahre. Bis wir es dürfen: noch länger - wegen der Zulassungsverfahren. Hier reden wir von Organen aus echtem Gewebe. Natürlich wäre es auch denkbar, ein künstliches Herz aus Plastik oder Metall zu drucken. Das ginge sicher deutlich früher.
Wo sind momentan noch die Grenzen, an die Forscher bei dieser Thematik stossen?
Wenn man bei gedruckten Organen an Herz oder Niere denkt, fehlt zum grossen Teil das biologische Verständnis dieser Organe oder des Zellverhaltens in Geweben. Es gibt im menschlichen Körper Zellen, deren Funktion im Grunde noch unklar ist. Man weiss noch nicht ausreichend, wie Zellen auf Biomaterialien oder andere Zellen reagieren.
Dazu kommt als besonders wichtiger Punkt die Vaskularisierung, also die Integration funktioneller Blutgefässe.
Gedruckte Blutgefässzellen dazu zu bringen, dass sie röhrenförmige Strukturen bilden, ist durchaus möglich. Aber das Problem, dadurch ein Zellnährmedium zu pumpen - rechtzeitig nach dem Drucken, bevor die ersten Zellen absterben - ist noch nicht gelöst.
Rein technisch ist das grösste Problem, ein Blutgefässsystem inklusive Mikrokapillaren mit einem Durchmesser von ungefähr 10 µm mit zu drucken, das innerhalb von ein paar Stunden einsatzbereit ist. Ansätze, das Gefässsystem vorweg herzustellen, limitieren die Möglichkeiten, nachher noch andere Zellen definiert anzuordnen.
Wie könnte man gedruckte Organe in absehbarer Zeit dennoch verwenden?
Sie würden zunächst wohl nicht implantiert, sondern für Medikamententests genutzt werden – Stichwort Organ-on-Chip. Dafür müssten sie bei weitem nicht so gross sein und auch nicht so komplex. Aber hier stellt sich dann die Frage, ab wann ein Zellaggregat ein Organ ist. Eine Gewebekugel mit ein paar hundert Mikrometern Durchmesser nennen einige Leute schon "Leber". Um bestimmte Medikamente zu testen, reicht das vielleicht, aber sicher nicht als Implantat.
Wo kommt medizinischer 3-D-Druck heute schon zum Einsatz?
Nun, wenn man alles einbezieht, was Bioprinting oder medizinischer 3-D-Druck genannt wird, sind Passstücke für Hörgeräte wohl das Paradebeispiel für "oft verwendet". Hier liegt der 3-D-gedruckte Anteil meines Wissens bei über 90 Prozent. Auch das 3-D-Drucken von Implantaten aus Titan ist schon normal. 3-D-gedruckte Implantate aus Polymeren oder Stents aus Magnesium sind genauso etabliert wie das 3-D-Drucken der Passstücke von Prothesen. Bei medizinischen Modellen gibt es zum Teil gar keine Alternative.
Es fehlen bei der noch relativ jungen Technik die Langzeitstudien, die zeigen, wie gut der Körper gedruckte Organe vertragen würde. Inwiefern sind wir bis dahin Versuchskaninchen?
Das gilt zum Beispiel aber auch für Stammzelltherapien – hier ist nicht das Drucken an sich das Problem, sondern das gedruckte Material, insbesondere die Zellen. Falls man ein Herz drucken will, kann man dem Patienten ja nicht das vorhandene Herz als Zell-Quelle wegnehmen. Man muss also Herzmuskelzellen aus Stammzellen oder induziert
pluripotenten Zellen erzeugen. Inwieweit dies Gefahren birgt ist noch nicht ganz klar. Auch an Stammzelltherapien sind schon Menschen gestorben.
Welche Vorteile haben Organe oder Prothesen aus dem 3-D-Drucker im Gegensatz zu künstlichen Körperteilen aus den bisherigen Herstellungsverfahren oder auch im Vergleich zu Organspenden?
Bei Prothesen und Implantaten, sowie bei medizinischen Hilfsmitteln ist der grosse Vorteil, dass man das entsprechende Körperteil des Patienten in 3-D scannen kann. Die Daten kann man dann direkt an einen 3-D-Drucker übergeben, der ein passgenaues Stück druckt, ohne dass viel Material weg gefräst werden muss – digital, materialsparend und relativ schnell.
Bei den Organen kommen andere Aspekte zum Tragen: Spenderorgane gibt es viel zu wenig und die Patienten müssen lebenslang Immunsupressiva nehmen, die erhebliche Nebenwirkungen haben können. Doch im schlimmsten Fall stösst der Körper das Spenderorgan trotzdem ab.
Kritiker sehen die Gefahr, dass an uns Menschen in Zukunft genauso wie an Maschinen geschraubt wird. Wo sehen Sie moralische Grenzen beim medizinischen 3-D-Druck?
Nun ist die aktuelle Lage ja nicht frei von moralischen Problemen: Manche Kulturen oder Religionen lehnen Organspenden ab. Beim in absehbarer Zeit möglichen 3-D-Druck sehe ich eher eine Abnahme moralischer Probleme. Für ein gedrucktes Organ als Implantat muss kein anderer Mensch sterben; Organ-on-Chip könnte die Zahl der Tierversuche massiv reduzieren.
Das was moralische Probleme aufwerfen könnte, ist noch vollkommen Science-Fiction: Drucken ganzer Menschen oder eines ganzen Körpers, in den dann nur das Gehirn verpflanzt wird. Ewiges Leben, Einsteins Gehirn nachdrucken – das ist alles zu weit von dem entfernt, was in diesem Jahrhundert machbar ist. Natürlich könnte die Schönheitsmedizin sich des Themas annehmen; aber sind gedruckte Körperteile ethisch bedenklicher als Silikon?
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