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3D-Druck bietet viele Vorteile in der Medizin

3D-Drucker sind in vielen medizinischen Bereichen längst Standard. Wird es eventuell bald auch Organe aus dem Drucker geben?

3D Druck mit Vorteilen in der Medizintechnik

Die Medizin ist einer der Bereiche der Forschung, der immer wieder neue Wunder vollbracht hat. Was einst als unmöglich galt, ist heute Routine: Antibiotika helfen gegen schwere Infektionen und Organtransplantationen retten Leben. Mit dem 3D-Druck steuert die Medizin auf ein neues Wunder zu, denn die dortigen Verfahren lassen sich mittlerweile sehr gut und mit großem Erfolg in der Medizin und Medizintechnik einsetzen. Doch was ist heute damit möglich? Wo liegen die Vorteile und was könnte der 3D-Druck in Zukunft für unsere Gesundheit bedeuten?

Welche Aufgaben übernimmt der 3D-Druck bereits heute in der Medizin

Die Aufgaben des 3D-Drucks in der Medizin wachsen stetig. Was gestern noch als schwierig galt, kann heute bereits ausgeführt werden. Die folgenden Felder werden deshalb für die Medizin immer interessanter:

1.    Medizintechnik: Mit additiven Verfahren zu immer besseren Produkten

Die Medizintechnik ist einer der Bereiche, bei denen die neuen Druckverfahren bereits besonders weit fortgeschritten sind. Ein Beispiel: Protiq bietet 3D-Druck für die Medizintechnik und kann hier auf große Erfolge verweisen. Dabei sind vor allem folgende Aspekte heute schon fast Routine:

  • Passgenaue Prothesen (jeweils individuell auf den Patienten abgestimmt)
  • Passgenaue Implantate (gerade Zahnimplantate lassen sich durch den 3D-Druck fertigen)
  • Hörgeräte (heure werden Hörgerät-Implantate ebenfalls passgenau für die Patienten angefertigt)
  • Chirurgische Instrumente (für besondere Eingriffe)

Darüber hinaus werden mittlerweile auch Übungsmodelle von Organen oder anderen Körperteilen gefertigt. Daran können Medizinstudenten zum Beispiel Routineeingriffe üben. Zum anderen eignen sich entsprechende Modelle aber auch dafür, komplizierte Operationen vorher am Modell zu proben und dabei alle Zusammenhänge genau zu verstehen. Dies steigert die Erfolgschancen einer solchen OP erheblich und verbessert zudem das Endergebnis.

2.    Bioprinting: 3D-Druck von organischem Material

Das Feld des Bioprintings ist bei weitem noch nicht so routiniert wie die Fertigung in der Medizintechnik. In diesem Bereich werden organische Materialien (Zellen) genutzt, um Körperteile nachzubauen. Dies bringt eine ganze Reihe von Herausforderungen mit sich:

  • Sehr penible einzuhaltende Temperaturregelung
  • Oft sehr knappe Zeitspannen (es wird eine hohe Geschwindigkeit benötigt)
  • Geringe Materialauswahl (der Drucker darf das Zellmaterial nicht beschädigen)

Aufgrund dieser potenziellen Probleme werden heute per Bioprinting eher nur Gewebegrundgerüste erstellt, in denen man versucht, Organe heranreifen zu lassen. Darüber hinaus findet das Bioprinting in vielen anderen Forschungsbereichen Anwendung:

  • Erzeugung von Fleisch aus Muskelzellen und Proteinkleber
  • Nutzung in der synthetischen Biologie (Erzeugung neuer Lebensformen)

Der erste 3D-Drucker der Welt war im Jahr 1988 verfügbar. Seitdem hat die Wissenschaft riesige Fortschritte gemacht. Gerade das letzte Jahrzehnt hat all diese Entwicklungen möglich gemacht, die heute medizinische Probleme lösen.

Gibt es bald Organe aus dem 3D-Drucker?

Den Traum in der Medizin stellen ganz klar voll funktionsfähige Organe aus dem 3D-Drucker dar. Diese könnten aus den Zellen des jeweiligen Patienten hergestellt werden, so dass dessen Körper das Organ später auch nicht abstoßen würde. 
Lange Zeit scheiterte dies an der Tatsache, dass sich mit 3D-drucker keine Blutgefäße erzeugen ließen. Doch auch hier wurden in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte gemacht, wie die folgenden Berichte zeigen:

1.    Wissenschaftler in Israel haben erstmals ein Herz aus menschlichem Gewebe gedruckt

So vermeldeten Forscher aus Israel im April 2019, dass sie erstmals ein Herz aus menschlichem Gewebe gedruckt haben. Das Verfahren funktioniert dabei folgendermaßen:

a)    Dem Patienten wird Fettgewebe entnommen
b)    Die Fettzellen werden vom Rest des Gewebes getrennt und zu Stammzellen umprogrammiert
c)    Aus den Stammzellen werden alle nötigen Zelltypen, um ein Herz zu erzeugen

Aktuell gibt es mit dem Organ allerdings noch einige Probleme: Es hat lediglich die Größe eines Hasenherzes und die Zellen können sich noch nicht synchron zusammenziehen. Trotzdem gibt dieser Durchbruch Anlass zur Hoffnung, dass sich eventuell bald Organe aus dem 3D-Drucker erzeugen lassen. 

2.    Forschungsgruppe aus Houston hat erstmals Luftwege gedruckt

An der Rice-Universität in Houston ist es Forschern zudem gelungen, mit einem neuen 3D-Druckverfahren erstmals so eiche Blutgefäße und Luftwege zu drucken, wie sie in einer menschlichen Lunge vorkommen. Sie bauten dazu eine Art künstlichen Lungennachbau und wiesen nach, dass sauerstoffarme rote Blutkörperchen nach Verlassen des Systems wieder mit Sauerstoff gesättigt waren.

Allein diese beiden Meldungen machen große Hoffnung darauf, dass es tatsächlich bald Organe aus dem 3D-Drucker geben könnte. Dies wäre eine medizinische Sensation und würde es ermöglichen, abstoßungsfreie Organe aus dem Gewebe der jeweiligen Patienten zu erzeugen. Somit müsste auch niemand mehr unnötig lange auf ein Spenderorgan warten.

Welche Vorteile bietet der 3D-Druck in der Medizin?

Der 3D-Druck ist für die Medizin also ein Segen, der viele potenzielle gesundheitliche Probleme beseitigen kann. Die Vorteile stellen sich dabei als äußerst vielfältig dar:

  • Einsparung von Kosten (gerade Implantate und Prothesen lassen sich deutlich günstiger herstellen)
  • Kurze Fertigungszeiten
  • Übungsmodelle werden deutlich genauer 
  • Individuelle Hilfsmittel für bestimmte Operationen sind möglich
  • Künstliche Organe lösen Transplantationsprobleme
  • Organe aus dem Zellmaterial des Patienten werden nicht abgestoßen

Angesichts dieser Möglichkeit ist es nicht verwunderlich, dass immer mehr Unternehmen im medizinischen Sektor auch den 3D-Druck in den Fokus von Investitionstätigkeiten rücken.

3D-Druck als Zukunftstechnologie der Medizin

3D-Drucker werden von vielen Menschen zunächst als eine Möglichkeit angesehen, einfach gestrickte Produkte leichter und schneller anzufertigen. Doch gerade in der Medizin zeigt sich, zu was spezialisierte 3D-Druckverfahren heute in der Lage sind. Entsprechende Verfahren haben die Fertigung von Implantaten und Prothesen bereits revolutioniert. Dabei ließen sich sowohl die Kosten senken als auch die Herstellung deutlich beschleunigen - und das bei verbesserter Qualität! 
Es bleibt zudem nur eine Frage der Zeit, bis auch menschliche Organe aus dem 3D-Drucker kein Wunschtraum mehr bleiben. Damit lässt sich ganz klar ausführen, dass der 3D-Druck definitiv zu den Zukunftstechnologien im Bereich der Medizin gehört. Es bleibt abzuwarten, was die Forscher in diesem Bereich noch alles erreichen können und ob sich auf diesem Weg bald auch schwere Krankheiten lindern lassen.