Es hat vier Kammern, Blutgefäße und es schlägt - irgendwie.
In einem ersten Schritt haben Wissenschaftler ein Herz mit menschlichem Gewebe in 3D gedruckt. Obwohl das Herz viel kleiner ist als das eines Menschen (es ist nur so groß wie das eines Kaninchens) und es noch ein langer Weg ist, bis es wie ein normales Herz funktioniert, könnte das Proof-of-Concept-Experiment schließlich zu personalisierten Organen oder Geweben führen Dies könnte laut einer Studie, die am Montag (15. April) in der Zeitschrift Advanced Science veröffentlicht wurde, im menschlichen Körper verwendet werden.
Um das Herz zu drucken, nahmen Forscher der Universität Tel Aviv in Israel zunächst eine kleine Probe Fettgewebe von einem Patienten. Im Labor trennten sie dieses Gewebe in seine Zellbestandteile und die Struktur, auf der die Zellen sitzen, die so genannte extrazelluläre Matrix.
Mithilfe der Gentechnik optimierten die Wissenschaftler dann die verschiedenen Komponenten und programmierten einige der Zellen neu, um sie zu Herzmuskelzellen oder Kardiomyozyten zu machen, und einige, um Zellen zu werden, die Blutgefäße erzeugen.
Die Forscher luden diese Zellen - die als "Bioinks" dienten - in den Drucker, der so programmiert war, dass er ein Herz druckt, basierend auf CT-Scans des Patienten und der Darstellung eines Herzens durch einen Künstler. Der Drucker brauchte zwischen 3 und 4 Stunden, um das kleine Herz mit einfachen Blutgefäßen zu drucken. Die Forscher inkubierten dann das Herz und fütterten es mit Sauerstoff und Nährstoffen. Innerhalb weniger Tage begannen die Zellen spontan zu schlagen.
Aber dieses Schlagen war nicht ganz so, wie es ein gesundes menschliches Herz tun würde. "Wir brauchen, dass die Zellen nicht nur einzeln synchron schlagen", sagte der Co-Autor der Studie, Assaf Shapira, der Laborleiter im Labor für Tissue Engineering und Regenerative Medizin an der Universität Tel Aviv. Damit das Herz Blut effizient durch den Körper pumpen kann, müssen seine Zellen gemeinsam schlagen - etwas, was das 3D-gedruckte Herz noch nicht getan hat. "Im Moment arbeiten wir daran, das Gewebe zu reifen", sagte Shapira.
Schließlich könnte ein personalisiertes 3D-gedrucktes Herz den Mangel an Transplantationsorganen, die den Patienten zur Verfügung stehen, lindern und auch einige der Risiken umgehen, die mit der Transplantation des Organs einer anderen Person verbunden sind - nämlich, dass das körpereigene Immunsystem diese Fremdgewebe abstoßen kann, sagte Shapira gegenüber Live Wissenschaft.
Camila Hochman Mendez, die stellvertretende Direktorin der Forschungslabors für Organe, Reparaturen und Regeneration am Texas Heart Institute, die nicht Teil der Studie war, sagte, dass die neuen Erkenntnisse "wirklich innovativ sind und das Feld voranbringen", indem sie zeigen, dass etwas Komplexeres als eine einzelne Wand des Herzens kann gedruckt werden. Die Ergebnisse zeigen aber auch "alle Hürden, denen sich das Feld noch gegenübersieht", fügte sie hinzu.
Um ein voll funktionsfähiges Herz in voller Größe zu drucken, müssten die Wissenschaftler ein Organ mit höherer Auflösung drucken - eines mit viel mehr Gefäßen, das Sauerstoff und Nährstoffe durch das Herz transportieren könnte, sagte Hochman Mendez gegenüber Live Science. Dies würde jedoch Monate des Druckens erfordern - eine Zeitspanne, in der die Zellen nicht überleben würden.
Die Forscher unterstrichen, dass das winzige Herz immer noch ein "Proof-of-Concept" ist, sie aber hoffen, einen Weg zu finden, um in Zukunft dichtere Gefäße zu schaffen.
"Wenn wir ein größeres Herz herstellen müssten, wäre dies natürlich teuer, das Drucken würde viel länger dauern und es müsste viel mehr Material aus dem Patienten extrahiert werden", sagte Shapira.
In der Tat ist noch viel mehr Forschung erforderlich, bevor es üblich wird, einfach auf dem 3D-Drucker in der Arztpraxis auf "Drucken" zu klicken.
