Eine Organtransplantation kann Leben retten, bringt jedoch Probleme wie lange Wartezeiten und ein hohes Abstoßungsrisiko mit sich. Wissenschaftler der Stanford University haben einen großen Schritt in Richtung der Schaffung neuer Organe auf Abruf gemacht, indem sie sich einen Vertrag und eine experimentelle Finanzierung gesichert haben, um ein menschliches Herz in 3D zu drucken und es in ein lebendes Schwein zu implantieren.
Wenn die Organe eines Patienten zu versagen beginnen, bleibt oft nur eine Transplantation. Obwohl Transplantationen Leben retten können, ist dies keine einfache Antwort – gespendete Organe sind Mangelware, was bedeutet, dass viele Patienten auf Wartelisten sterben. Selbst wenn ein passendes Organ gefunden wird, betrachtet das Immunsystem des Empfängers die Zellen des Organs als fremd und greift sie an, was zur Abstoßung führt. Immunsuppressive Medikamente können dies verhindern, allerdings kann dies den Patienten anfällig für andere Krankheiten machen.
Die ideale Lösung wäre, dem Patienten Stammzellen zu entnehmen und sie für den 3D-Druck eines völlig neuen Organs zu verwenden. Dies kann nicht nur jederzeit bei Bedarf durchgeführt werden, sondern da sie aus den eigenen Zellen des Empfängers hergestellt werden, gehört die Abstoßung von Organen der Vergangenheit an. Die zur Verwirklichung dieser Vision erforderliche Technologie hat sich in den letzten Jahren stetig weiterentwickelt, einschließlich der Möglichkeit, Blutgefäße in diese Gewebe einzudrucken.
Jetzt haben wir einen großen Schritt in diese mögliche Zukunft gemacht. Ein Team von Wissenschaftlern der Stanford University hat von der Advanced Research Projects Agency-H (ARPA-H) einen Bundesauftrag über 26,3 Millionen US-Dollar für den Bioprint eines funktionsfähigen menschlichen Herzens und die Implantation in lebende Schweine erhalten, um die Machbarkeit eines solchen Verfahrens zu testen.
Mark Skylar-Scott, der leitende Forscher des Projekts, sagte: „Das ist wirklich eine Anstrengung auf Vollmondniveau, aber die Rohmaterialien für den Biodruck eines vollständigen und komplexen menschlichen Organs sind jetzt einsatzbereit. Mit dem Gefäßsystem besteht die Möglichkeit, große Brocken dicken Gewebes zu erzeugen, die implantiert werden und überleben können. Damit beginnt die Ära der Organ-Biofabrikation.“
Mithilfe einer Reihe automatisierter Bioreaktoren plant das Team, alle Zelltypen zu züchten, die zur Herstellung eines menschlichen Herzens erforderlich sind, einschließlich ventrikulärer und atrialer Kardiomyozyten (verantwortlich für die Kontraktion beim Herzschlag), Knötchenzellen, die elektrische Signale erzeugen und als natürliche Schrittmacher fungieren, Zellen, die Purkinje-Fasern bilden (die diese elektrischen Signale leiten), glatte Muskelzellen, Immunzellen, sogenannte Makrophagen, und Endothelzellen von Blutgefäßen. Diese Zellmischungen können dann in einen Biodrucker eingespeist und als „Tinte“ für den 3D-Druck eines voll funktionsfähigen menschlichen Herzens verwendet werden.
Das Team sagt, dass die Bioreaktoren in der Lage sein werden, Milliarden verschiedener Zellen zu produzieren, genug, um alle zwei Wochen ein Herz zu drucken. Die Herzen werden im Labor auf Herz und Nieren geprüft, um sie für spätere Tests an lebenden Schweinen zu verbessern, in der Hoffnung, dass sie die Tiere am Leben erhalten.
„Wir werden mit dieser großen Anzahl von Zellen üben, üben, üben, alle Designregeln des Herzens erlernen und das Überleben und die Funktion im gesamten Herzen für eine eventuelle Implantation in Schweine optimieren“, sagte Schuyler-Scott.
Während das Team hofft, innerhalb der nächsten fünf Jahre Experimente mit Schweinen durchführen zu können, könnten die endgültigen Versuche am Menschen noch viele Jahre auf sich warten lassen. Bei diesen Versuchen handelt es sich jedoch um notwendige Proof-of-Concept-Forschung auf dem Weg zum Bioprinting neuer Organe mithilfe eigener Zellen.