Mit 3D-Gewebedruck Lebererkrankungen behandeln
Lebererkrankungen, die jährlich weltweit 2 Millionen Todesfälle verursachen, stellen eine große Herausforderung für die Gesundheitsdienste dar. Die Behandlung hängt von der Art der Lebererkrankung der Betroffenen, etwa Hepatitis oder Zirrhose, sowie vom Schweregrad ab. „Die Behandlung könnte mit Änderungen des Lebensstils beginnen, z. B. mit einer Reduzierung des Alkoholkonsums oder Ernährungsumstellungen“, erklärt der Koordinator des Projekts ORGANTRANS, Gilles Weder vom Technologie-Innovationszentrum CSEM in der Schweiz. Bei einer Lebererkrankung im Endstadium gilt jedoch oft eine Transplantation als die einzige Lösung. Gegenwärtig sind nur 10 % des weltweiten Bedarfs an Transplantationen gedeckt.
Von der Beschaffung der Zellen bis zur Gewebezüchtung
Das Ziel des EU-finanzierten Projekts ORGANTRANS bestand darin, diesen klinischen Bedarf mithilfe einer 3D-Gewebe-Druckplattform zu decken. Diese Plattform besteht aus Schlüsseltechnologieblöcken, welche die Zellbeschaffung bis hin zur Gewebetechnik abdecken. Werden diese Blöcke kombiniert, könnten mit wissenschaftlichen Verfahren neue funktionelle Gewebe gezüchtet werden. Dieses Gewebe würde dann auf die Leber transplantiert werden, sodass keine vollständige Organtransplantation mehr erforderlich ist. „Unser Zielpatient wäre jemand mit einer chronischen Lebererkrankung, der aber noch etwas gesundes Gewebe hat, aus dem wir die benötigten Zellen gewinnen können“, fügt Weder hinzu. Der erste Schritt in diesem Prozess bestand darin, gesunde adulte Stammzellen in der Leber der betroffenen Person zu finden und diese zu gewinnen. Diese Zellen wurden dann in Organoiden gezüchtet, die miniaturisierte und vereinfachte Versionen des Lebergewebes darstellen. Diese einige hundert Mikrometer kleinen Organoide wurden zusammengesetzt und dann nach Qualität und Lebensfähigkeit sortiert. Beim dreidimensionalen Biodruck werden diese Organoide und Biomaterialien mit 3D-Druck-ähnlichen Verfahren kombiniert, um biologische Gewebe zu erzeugen. Ein wichtiger letzter Schritt war die Entwicklung von Blutgefäßen rund um das gezüchtete Lebergewebe herum, um es mit Sauerstoff und Nährstoffen zu versorgen.
Realisierbare Kombination von Technologiebausteinen
ORGANTRANS erzielte auf zwei Ebenen Erfolg. Zum einen konnte das Projektteam vorführen, dass es möglich ist, diese einzelnen Bausteine und Verfahren zu kombinieren, um lebensfähige Lebertransplantate herzustellen. „Wir waren in der Lage, diese Technologien zusammenzuführen und einen spezifischen Arbeitsablauf zu entwickeln“, sagt Weder. Weitere Entwicklungen und klinische Tests sind nun erforderlich, bevor diese Innovation in die klinische Praxis eingeführt werden kann und von Lebererkrankungen im Endstadium Betroffenen helfen kann. In der Zwischenzeit ist es im Rahmen des Projekts gelungen, mehrere Bausteine als lebensfähige, eigenständige Produkte zu etablieren, die potenziell auch in anderen verwandten Bereichen zum Einsatz kommen können. Die Sortierung von Organoiden könnte beispielsweise bei der Wirkstofferprobung und bei der Modellierung von Krankheiten verwendet werden. Auch die Biodruck-Technologie birgt kommerzielles Potenzial. „Wenn man Lebergewebe drucken kann, dann kann man vielleicht auch Hautgewebe drucken“, gibt Weder zu bedenken. Mehrere Projektpartner versuchen nun, diese Technologien auf den Markt zu bringen.
Europäisches Fachwissen in der Gewebezüchtung
Das Projekt ORGANTRANS hat dazu beigetragen, europäisches Fachwissen auf dem Gebiet der Gewebetechnik aufzubauen, und konnte Lebertransplantate als zukunftsfähige Therapie etablieren. Um dieses Konzept zu verwirklichen, muss nun die Kluft zwischen erfolgreicher Laborforschung und Kommerzialisierung überbrückt werden. Dies erfordert die Beteiligung der Pharmaindustrie und weitere Forschungsmittel. „Ein wichtiges Thema ist die Maßstabsvergrößerung“, erklärt Weder. „In Zuge dieses Projekts waren wir in der Lage, einen Würfel mit einem Zentimeter Kantenlänge aus Lebergewebe zu konstruieren. Die Leber ist ein großes Organ, sodass wir mehr Material und mehr Organoide benötigen, um mit Erfolg Lebertransplantate herzustellen.“ Weder und sein Team hoffen, diese Aufgabe im nächsten Schritt in Angriff nehmen zu können, und beabsichtigen, im nächsten Jahr einen Vorschlag für ein Projekt zum Bio-Drucken lebender Zellen für die regenerative Medizin einzureichen.
Schlüsselbegriffe
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