ORGANSYNTHESE / 3D - HISTOLOGIE

Roland Rohde

 

3D-Druck wird zunehmend zur Herstellung meist technischer Konstrukte verwendet,  insbesondere wenn nur kleine Stückzahlen oder individuell angepasste Eigenschaften erwünscht sind. Es liegt nahe, den Einsatz von 3D-Drucktechniken auch zur Herstellung künstlicher Organe zu erproben, um dem Mangel an Spenderorganen zu begegnen. Entscheidend für die Reproduktion von Organen ist die genaue Kenntnis ihrer 3D-Struktur hinab bis auf die zelluläre Ebene. Um auch große Organe wie Herz oder Lunge reproduzieren zu können, wurde daher eine maßhaltige, histologische Großflächenschneidetechnik  mit nachfolgendem halbautomatisiertem Scanning der Schnitte entwickelt und im Sinne eines „proof of concept“ die auf diese Weise gewonnenen 3D Strukturdaten eines (Schweine-) Herzen in einer Datenbank abgelegt. Für den nachfolgenden 3D-Druck braucht man  Verfahren, die sich von den in der Technik verwendeten zwangsläufig unterscheiden müssen, da Biokompatibilitätskriterien strenge Randbedingungen vorgeben.  Leider lassen sich viele biologische Materialien nicht ohne weiteres drucken, weil der Prozess thermische, chemische oder mechanische Bedingungen voraussetzt, die zur Denaturierung führen. Ferner ist der Zeitaufwand für den Druck meist hoch und steigt mit der räumlichen Auflösung noch an, während die Biologie eher schnelle Prozeduren erfordert. Daher haben wir einen Druckprozess entwickelt, bei dem der Aufbau von Gewebestrukturen vom Druckvorgang separiert wird und nur die Überschneidung beider Teilprozesse, nicht aber der Druckvorgang selbst biokompatibel sein muss. („Printing of Parenchyme Separating Scaffolds,  PPSS“). Dabei können die Randbedingungen etwas flexibler gestaltet werden:

  • die biologischen Materialien müssen nicht druckbar sein
  • der Druckvorgang muß nicht in jeder Hinsicht biokompatibel sein


Diese Technik basiert auf

  • dem Ausdruck von Parenchymtrennenden Segmentstrukturen, die aus den digitalisierten 3D-Organdaten gewonnen werden,
  • dem nachfolgenden Austausch des Druckmaterials mit stromalem Stützmaterial das geeignet ist zur

parenchymalen Funktionalisierung.