Haut und Knochen aus dem 3D-Drucker

Nahaufnahme eines Knochendrucks.
Foto: University Hospital of Dresden Technical University

Das Problem an fernen Planeten ist, das alleine die Reise dahin für Menschen schon recht lange dauert und zu den möglichen technischen Herausforderungen auch physische dazu kommen: Was passiert bei Verletzungen oder anderen ernsten Krankheitsfällen?

Ein Arzt an Bord des Raumschiffes würde schon helfen; das kann man noch arrangieren. Bei Verbrennungen, Organtransplantationen oder Knochenverletzungen braucht aber auch der der beste Arzt Gewebe und andere Stoffe, die man nicht alle an Bord vorrätig mitführen kann. Die erst recht nicht auf einer Basis am fernen Planet zur Verfügung stehen.

Die Lösung ist einfach: Man kann menschliches Gewebe im Bedarfsfall drucken. Was im ersten Moment futuristisch und nach Science Fiction klingt, untersuchen Wissenschaftler des Universitätsklinikums der Technischen Universität Dresden (TUD), zusammen mit OHB System AG als Hauptauftragnehmer und dem Life-Science-Spezialisten Blue Horizon.

Aus menschlichem Blutplasma, das für die Besatzungsmitglieder der Mission leicht zugänglich ist und als nährstoffreiche Bio-Tinte dient, lassen sich im 3D-Biodrucker menschliche Zellen drucken. Da Plasma eine sehr flüssige Konsistenz hat, ist es schwierig, damit unter veränderten Gravitationsbedingungen zu arbeiten. Die Wissenschaftler entwickelten daher eine modifizierte Rezeptur durch Zugabe von Methylcellulose und Alginat, um die Viskosität des Substrats zu erhöhen. Astronauten könnten diese Substanzen aus Pflanzen oder Algen beziehen – somit ist das eine umsetzbare Lösung für eine geschlossene Weltraumexpedition.

Bei der Herstellung der Knochenprobe werden menschliche Stammzellen mit einer ähnlichen Bio-Tinten-Zusammensetzung unter Zugabe eines Calciumphosphat-Knochenzements als strukturtragendes Material gedruckt, das anschließend während der Wachstumsphase absorbiert wird.

Um zu beweisen, dass die Biodrucktechnik im Weltraum möglich ist, wurde sowohl die Haut- als auch die Knochenprobe umgekehrt gedruckt. Da ein längerer Aufenthalt in der Schwerelosigkeit nicht möglich war, stellte die Herausforderung eines solchen minus 1 G-Tests die nächstbeste Option dar.

Ein 3D-Biodrucker würde eine flexible Reaktion auf medizinische Notfälle ermöglichen. Im Falle von Verbrennungen könnte beispielsweise neue Haut gezüchtet und aus den eigenen Zellen des Astronauten gedruckt werden. Sie müsste dann nicht aus anderen Teilen des Körpers transplantiert werden, zumal die Heilung sekundärer Verletzung in der orbitalen Umgebung erschwert ist.

Bei Knochenbrüchen – die durch die Schwerelosigkeit im All und die geringere Gravitation auf dem Mars (0,38 im Vergleich zur Erdgravitation) wahrscheinlicher werden – könnten Ersatzknochen in verletzte Bereiche eingesetzt werden. In allen Fällen würde das durch den 3D-Biodruck entstandene Material vom Astronauten selbst stammen, so dass es keine Probleme mit der Abstoßung des Transplantats geben würde.

Noch müssen für den Einsatz des 3D-Biodrucks in der herausfordernden Weltraumumgebung verschiedene technische Elemente optimiert und verkleinert werden. Das wiederum soll auch helfen, schnellere Fortschritte im Biodruck auf der Erde zu erzielen und hier die breite Verfügbarkeit zu beschleunigen.

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