3-D-gedruckte Nierenteile sind der Realität jetzt näher gekommen

Mithilfe des 3D-Drucks haben Wissenschaftler winzige, komplizierte Röhrchen geschaffen, die wie Schlüsselkomponenten echter Nieren funktionieren.



Viele weitere Schritte sind erforderlich, bevor sie künstliche Nierenersatzteile herstellen können, aber das Ergebnis ist wichtig, denn es bedeutet, dass Forscher zum ersten Mal 3-D-Druck verwendet haben, um Nierengewebe herzustellen, das wie das echte funktioniert. Die Erfinder sagen, dass das künstliche Gewebe kurzfristig außerhalb des Körpers verwendet werden könnte, um Menschen mit eingeschränkter Nierenfunktion zu helfen und die Toxizität neuer Medikamente zu testen.

Forscher versuchen seit mehr als 20 Jahren, künstliche Nieren herzustellen, aber die Nachbildung der komplexen dreidimensionalen Struktur und Zellarchitektur einer Niere, die für ihre Funktion entscheidend sind, ist eine große Herausforderung. Dennoch ist der Bedarf dringend. Grob 10 Prozent der Welt Bevölkerung leidet an einer chronischen Nierenerkrankung. Um am Leben zu bleiben, sind Millionen Menschen auf die Dialyse angewiesen, ein zeitraubendes und körperlich anstrengendes Verfahren, bei dem Blut entnommen, durch ein Filtergerät geleitet und dem Körper wieder zugeführt wird. Aber Dialysegeräte sind bei weitem nicht so effektiv wie Nieren. Und während in den USA jedes Jahr etwa 16.000 Menschen eine Nierentransplantation erhalten, warten weitere 100.000 auf Spenden.



Mithilfe eines 3D-„Bioprinters“ konnten die Forscher die Struktur eines wichtigen Nierenteils nachahmen.



Das neue 3-D-gedruckte Nierengewebe ist das Werk der Jennifer Lewis-Labor in Harvard, das einen innovativen Ansatz zum Bioprinting von Gewebe entwickelt hat. Die Technik ermöglicht es Forschern, komplexe Strukturen zu drucken, die in verschiedenen Arten von menschlichem Gewebe zu finden sind, sowie Gefäßsysteme, die notwendig sind, um solches Gewebe am Leben zu erhalten. Das Druckverfahren verwendet mehrere Arten gelartiger Tinten. Nach dem Drucken entfernen die Forscher eine der Tinten und hinterlassen hohle Röhren. Dann fügen sie Zellen hinzu, die zu Gewebe heranreifen.

Labortests zeigen, dass das konstruierte Gewebe eine echte Nierenfunktion in einem bisher unerreichten Ausmaß demonstriert, sagen die Forscher. Insbesondere gelang es ihnen, den proximalen Tubulus, einen Bestandteil eines Nephrons, die grundlegende Funktionseinheit der Niere, herzustellen. Nephrone filtern das Blut, halten das Nützliche für den Körper zurück und scheiden den Rest aus. Wenn Wissenschaftler ein Nephron bauen könnten, könnten sie theoretisch auch Nieren bauen, aber das erfordert die Entwicklung mehrerer zusätzlicher miteinander verbundener Teile, was wahrscheinlich noch viele Jahre dauern wird.

Dennoch spielt dieser spezielle Teil des Nephrons eine Schlüsselrolle bei der Wiederaufnahme von Nährstoffen, sodass das gedruckte Gewebe medizinisch nützlich sein könnte, sagt Lewis, Materialwissenschaftler und Professor für biologisch inspirierte Ingenieurwissenschaften in Harvard. Zum einen könnte solches Gewebe verwendet werden, um potenzielle Medikamente zu testen; Etwa 20 Prozent der Medikamente versagen in Tests am Menschen im Spätstadium, weil sie für die Nieren toxisch sind. Das künstliche Gewebe könnte auch in einem Gerät außerhalb des Körpers verwendet werden, um die Nierendialyse zu unterstützen. Die Entwicklung eines solchen Geräts werde mindestens einige Jahre dauern, sagt sie.



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