Gewebezüchtung Organe aus dem Drucker

Der Mediziner Makoto Nakamura hat an der Toyama University ein Gerät gebaut, mit dem er schon bald komplexe Gewebe herstellen will

DIE ZEIT: Herr Nakamura, Sie wollen mit einem abgewandelten Tintenstrahldrucker dreidimensionale Organe erschaffen. Meinen Sie das ernst?

Makoto Nakamura: Ja, absolut. Jedes Jahr sterben Millionen von Patienten, weil sie kein Spenderorgan bekommen. Es ist die Aufgabe der Wissenschaft, die fehlenden Organe auf anderem Wege zu beschaffen, zum Beispiel durch Gewebezüchtung. Die Idee, dreidimensionale Organe zu drucken, hört sich vielleicht an wie Science-Fiction. Ich nehme sie aber sehr ernst, seit ich herausgefunden habe, dass Tintenstrahldrucker Punkte auf das Papier setzen, die genauso groß sind wie lebende Zellen. Ich habe lange nach einer Technologie gesucht, mit der sich einzelne Zellen gezielt platzieren lassen. Für die Gewebezüchtung ist das eine entscheidende Voraussetzung.

ZEIT: Und wie entsteht dabei das Organ?

Nakamura: Im Prinzip setzen sich alle menschlichen Gewebe aus dreidimensionalen Strukturen zusammen, allerdings auf einer sehr kleinen Ebene. Ein Herz besteht unter anderem aus Bündeln von Herzmuskelzellen und vielen Kapillargefäßen. Jede Zelle übt an ihrem Ort eine bestimmte Funktion aus, und aus der Summe ergibt sich dann die Organtätigkeit. Besonders wichtig ist die genaue Position der Zellen und ihr Zusammenspiel mit den Nachbarzellen. Wenn wir ein Gewebe künstlich herstellen wollen, müssen wir diesen Zellverbund nachahmen. Tintenstrahldrucker bringen die dazu erforderliche Technologie mit. Sie können hochaufgelöste Bilder drucken, also können sie auch verschiedene Zelltypen exakt positionieren.

ZEIT: Überleben die Zellen diesen Prozess?

Nakamura: Ein Tintenstrahldrucker kann mehr als tausend Zellen pro Sekunde herausschleudern, und mehr als neunzig Prozent davon überleben das. Sie können sich danach auch ohne Probleme weiter teilen, das haben wir getestet.

ZEIT: Haben Sie schon erste Erfolge zu verzeichnen?

Nakamura: Mit unserem Prototyp, dem 3-D-Bioprinter, haben wir schon Röhren hergestellt und Blattstrukturen mit einer dreidimensionalen Beschichtung versehen. Dafür haben wir Hydrogel und lebende Zellen benutzt. Der bisher größte Erfolg waren zweischichtige Röhren.

ZEIT: Wie sind Sie auf die Idee gekommen, Organe zu drucken?

Nakamura: Früher habe ich an künstlichen Herzen geforscht. Dabei habe ich mir oft vorgestellt, wie ein Herz Stück für Stück aufgebaut wird, ganz ähnlich wie ein Gebäude. Letztlich sind unsere Organe auch nichts anderes als kleine Gebäude aus biologischem Material. Sie bestehen bloß aus Zellen, Proteinen und Blutgefäßen statt aus Wänden, Stahlträgern und Glas.

ZEIT: Haben Sie am Anfang wirklich versucht, einen Bürodrucker mit Zellen zu befüllen?

Nakamura: Ja, das stimmt. Es hat aber leider nicht funktioniert.

ZEIT: Wann wird Ihre Technik so weit sein, dass sie echte Organe produzieren kann?

Nakamura: Es hängt davon ab, wie stark unser Forschungsgebiet in Zukunft gefördert wird. Bisher arbeiten auf der ganzen Welt nur wenige Wissenschaftler an dieser Technologie. In fünf Jahren könnten wir so weit sein, einfache Gewebe zu produzieren und in Tierversuchen zu testen, falls wir mehr finanzielle Unterstützung bekommen. Bis wir menschliche Organe herstellen können, wird es dann bestimmt noch einmal zwanzig Jahre dauern. Bisher konzentrieren sich die meisten Forscher bei der Gewebezüchtung darauf, dreidimensionale Gerüststrukturen zu entwickeln, auf denen sie dann Organe wachsen lassen. Das Problem dabei ist, dass sie die Zellen erst auf das Gerüst aufbringen können, wenn es schon fertig ist. Würde man sie schon einsetzen, während die Stützstruktur entsteht, könnte man viel besser kontrollieren, ob sie sich verteilen wie gewünscht und ob sich unter ihnen Wechselwirkungen ausbilden.

Interview: Josephina Maier