Schnellere Heilung 07.10.2014, 06:55 Uhr

3D-Stift malt neue Knochen mit Stammzellen-Tinte

Knochenverletzungen einfach übermalen – das ermöglicht der BioPen eines australischen Forscherteams. Sogar in mehreren Schichten. Für das medizinische Gerät haben die Wissenschaftler 3D-Drucktechnik mit Erkenntnissen aus der Stammzellenforschung kombiniert. 

Der BioPen repariert Knochenverletzungen. Forscher haben Erkenntnisse aus der Stammzellenforschung in die 3D-Drucktechnik einfließen lassen. 

Der BioPen repariert Knochenverletzungen. Forscher haben Erkenntnisse aus der Stammzellenforschung in die 3D-Drucktechnik einfließen lassen. 

Foto: Biopen/Prism

Der 3D-Druck eröffnet in der Medizin so manche neue Möglichkeit: Neben Prothesen und Orthesen lassen sich mit dem additiven Verfahren auch Gerüste für Organe und andere Körperteile drucken, die dem Körper helfen, sich zu regenerieren. Der Haken: Bisher entstehen diese außerhalb des Körpers – eben da, wo der Drucker ist. Außerdem bestehen die Druckwerke normalerweise aus körperfremden Kunststoff.

Kreuzung aus Kugelschreiber, Spritze und Tätowiermaschine

Nicht so beim BioPen, den Forscher vom Australian Research Council Centre of Excellence for Electromaterials Science (ACES) an der australischen University of Wollongong erfunden haben. Der Stift soll dazu dienen, Knochenschäden schnell und präzise an Ort und Stelle zu heilen. Mit dem Gerät, das aussieht wie eine Kreuzung zwischen Kugelschreiber, Spritze und Tätowiermaschine, gelangen behandelnde Ärzte leicht bis an die Verletzung, zum Beispiel die Absplitterung oder den Bruch. Dort malt der Arzt Schicht für Schicht über den Schaden.

Der Clou an der Sache ist nicht allein der Drucker in Stiftform – ähnliche Vorstöße gibt es zum Beispiel mit dem 3Doodler auch anderweitig bereits. Besonders macht den BioPen vielmehr die namensgebende Tinte, mit der der Stift malt: Das Filament besteht aus lebendem Zellmaterial wie Stammzellen. Diese sind einem Trägermaterial beigemischt, zum Beispiel einem aus Algen hergestellten Biopolymer. Auf dem Knochen aufgetragen beschleunigt das Zell-Material die Heilung – vor allem, wenn zusätzlich noch Wachstumsbeschleuniger oder andere Medikamente zugesetzt werden.

Präzises Aufbringen der Stammzellen

Der Einsatz von Stammzellen zur Knochenheilung ist ebenfalls nicht neu: Auch zuvor wurde die Heilung von Brüchen und anderen Knochenschäden gelegentlich auf diese Weise unterstützt, allerdings per Injektion. Das ist längst nicht so präzise wie ein Knochenaufbau per BioPen, zumal dieser auch mehrere Schichten drucken und so den Knochen in 3D rekonstruieren kann.

Damit die einzelnen Lagen aufeinander halten, ist der Stift zusätzlich zur eigentlichen Biomasse mit einem Gel gefüllt, das als zweite Schicht beim selben Federstrich mit aufgetragen wird. Unter ultra-violettem Licht härtet es sofort aus – die heilende Masse ist geschützt und dient zudem der nächsten Lage als Basis. Praktischerweise haben die Erfinder die Quelle für die Ultra-Violett-Strahlen direkt im Stift integriert.

Neue Zellen erobern das Gebiet zurück

Das Ziel ist allerdings weniger das Zusammenkleben von Knochen mithilfe von Fremdmaterial – egal wie biologisch der Ursprung ist –, sondern das Zusammenwachsen und die Heilung. Deshalb ist das aufgebrachte Material so zusammengesetzt, dass es sich in dem Maße abbaut, in dem die Knochen-, Nerven- und Gewebezellen ihr Gebiet zurückerobern.

Den Stift haben die Erfinder inzwischen an Peter Choong, Professor für Chirurgie an einer Klinik in Melbourne weitergegeben. Er will das verwendete Zellmaterial weiter verbessern, bevor der Stift sich schließlich in klinischen Tests an realen Patienten bewähren kann.

 

Von Judith Bexten

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