Foto: Andreas Friedle

3D-Druck mit lebenden Zellen

Außerlechner: "Die große Herausforderung ist, die Zellstrukturen am Leben zu erhalten."

Druck der vierten Dimension

Der Mikrobiologe Michael Außerlechner baut High-Tech-Geräte für spezielle Fragestellungen und druckt 3D-Gewebestrukturen aus menschlichen Zellen, die sich in der Folge selbst organisieren.

„Mein Heizungskeller“, lacht Michael Außerlechner, „ist eigentlich ein Boilerroom-FabLab.“ 3D-Drucker, Laser-Cutter, CNC-Fräse etc. – doch was das übliche Heimwerkerherz höherschlagen lässt, ist im Fall Außerlechners Basis für medizinische Forschung und High-Tech-Laborausstattung. Auf den 3D-Druck stieß der Mikrobiologe vor einigen Jahren, der erfolgreichen Produktion von Schienen für die Spielzeugeisenbahn seiner Tochter folgten Überlegungen, mittels Rapid Prototyping die Ausstattung des Molekularbiologischen Forschungslabors an der Pädiatrie I der Medizinischen Universität Innsbruck zu verbessern. „Einerseits eine Geldersparnis, andererseits können wir dadurch Geräte genau für unsere Fragestellungen designen“, sagt Außerlechner.


Marke Eigenbau ist etwa ein Bioreaktor mit zwölf kleinen Rührern, in dem dreidimensionale Tumorsphären bis zu einer Größe von zwei Millimeter („Das entspricht Mikrometastasen im menschlichen Körper.“) gezüchtet werden. Oder ein Elektrospinning-Gerät, basierend auf zwei ausrangierten CD-Laufwerken und einem zweckentfremdeten Spannungsgenerator eines Mückenkillers. „Durch das Spannungsfeld werden Collagen- oder Gelatine-Tropfen in die Länge gezogen“, berichtet der Forscher. Das Ergebnis sind hauchdünne Fasern mit einem Durchmesser von 50 bis 150 Nanometer. „Auf dieser Faserschicht können wir Zellen ansiedeln“, erklärt Außerlechner. In einem Projekt mit der Abteilung für experimentelle Orthopädie arbeitet er an einer Oberflächenvergütung für Implantate, „damit z.B. Zellen besser anhaften oder Infektionen verhindert werden können.“


Zusammen mit seiner Kollegin Judith Hagenbuchner wagte Außerlechner den nächsten Schritt – Bioprinting, 3D-Druck mit lebenden Zellen. „Die große Herausforderung ist, diese Zellstrukturen am Leben zu erhalten. Es kommt die Dimension Zeit dazu, insofern ist es ein 4DPrinting“, erläutert der gebürtige Osttiroler. Erste Zellen druckte er mit einem selbstgebauten Bioprinter, inzwischen steht mit einem 3D Discovery Biosafety System ein High-Tech-Gerät in seinem Labor, „das Einzige seiner Art in Österreich“. In speziellen Gelen, sogenannten Bioinks, werden Zellen für den Druck aufbereitet: „In der Nadel bzw. Kartusche müssen Bioinks flüssig sein, auf dem Medium dann aber spontan gelieren, damit eine 3D-Struktur entstehen kann.“ Doch gedruckte Zellen allein ergeben noch keine vernetzte Zellstruktur, dazu benötigt es zusätzliche Information. In einem Pilotprojekt mit einem Innsbrucker Life Sciences-Unternehmen etwa werden Muskelzellen 3D-gedruckt und in einem eigens konstruierten Perfusionssystem quasi trainiert – mit dem Ziel, einen kleinen Muskelring aus Muskelgewebe entstehen zu lassen. Das entstandene Know-how steht inzwischen vor allem für Projekte der Medizinuni zur Verfügung, unter anderem auch als mögliche Alternative zu Tierversuchen, ist Außerlechners Team doch in der Lage „sehr kontrollierte Systeme aus menschlichen Zellen zu bauen. Und die Bedingungen sind jenen im Körper viel ähnlicher als in der Petrischale.“


Link: MBRL, Medizinische Universität Innsbruck


Dieser Beitrag über 3D-Biprinting an der Medizinischen Universität Innsbruck - ein Mitglied im Cluster Life Sciences Tirol - ist soeben in der Ausgabe Nr. 34 des "Standort Tirol" erschienen. Die gesamte Ausgabe mit weiteren Nachrichten aus dem Innovations- und Technologieland Tirol können Sie hier nachlesen.

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