Ein Berliner Start-up baut funktionierende Mini-Lebern mit dem 3D-Drucker

Uns fehlen Organe. 1000 Menschen sterben allein in Deutschland jedes Jahr, weil sie vergeblich auf ein neues Herz, eine Niere oder eine Leber warten. Politisch wird daher über eine Organspende-Pflicht diskutiert. Doch in Zukunft könnten auch Organe aus dem 3D-Drucker Leben retten. Ein Berliner Start-up arbeitet daran.

Von Wolfgang Kerler

Wenn die mächtigen Manager des Silicon Valley mit großem Spektakel die neueste Nachrichten-App oder den nächsten Streaming-Dienst präsentieren, wirkt es so, als würden sie damit die großen Probleme der Menschheit lösen. Wenn Lutz Kloke seine Entwicklung vorstellt, klingt es so, als wäre es keine große Sache.

„Cellbricks ist eigentlich meine aus dem Ruder gelaufene Doktorarbeit“, sagt er im Gespräch mit 1E9. Dabei entwickelt sein Berliner Start-up eine Technologie, die in einigen Jahren tatsächlich Menschenleben retten könnte. Cellbricks baut mit einem 3D-Drucker Knochen, Knorpel und Organe nach – aus lebendigen menschlichen Zellen. Der größte Durchbruch, den Cellbricks bisher vermelden konnte, ist eine funktionierende Mini-Leber.

Die Leber ist mehr als ein großer Klumpen

Dass es ausgerechnet das Organ wurde, das für die Entgiftung des Körpers und den Stoffwechsel entscheidend ist, war kein Zufall. „Die Leber ist nämlich nicht nur ein riesengroßer Klumpen“, erklärt Lutz. „Sie besteht aus Millionen kleinen Untereinheiten, die für ihre Funktion verantwortlich sind.“ Die Leber ist also modular aufgebaut, aus vielen identischen Bausteinen. Genau die kann Lutz mit dem 3D-Drucker nachbauen.

Die kleinen Einheiten des Organs heißen Leberläppchen oder Lobuli. Sie haben eine sechseckige Form und einen Durchmesser von etwa zwei Millimetern. Jedes Läppchen funktioniert für sich – wie eine Mini-Leber. Ihren Aufbau hat das Team von Cellbricks am Computer in eine vereinfachte Druckvorlage übersetzt.

Bevor sie auf dieser Basis das Organ drucken können, brauchen sie aber noch die richtigen Zutaten. „Wir müssen zuerst Originalzellen aus einer menschlichen Leber besorgen“, erklärt er. „Dann hegen und pflegen wir sie so lange, bis wir genügend Material haben.“

Alles, was lebt, ist dreidimensional.
Lutz Kloke, Cellbricks

Genügend Zellen zu „farmen“, wie Lutz es nennt, ist schon seit der Zeit von Robert Koch kein Problem mehr – seit über hundert Jahren. In der Petrischale teilen sie sich immer wieder. Doch für Transplantate eignen sich diese Zellkulturen nicht. Sie sind flach. „Aber alles, was lebt, ist dreidimensional“, sagt Lutz. Komplexe Strukturen wie Gefäßsysteme, ohne die lebendiges Gewebe undenkbar ist, lassen sich nur in 3D nachbilden.

Das ist deutlich komplexer, als nur Schichten von Zellen aufeinander zu setzen. Diese müssen noch mit einer Biotinte vermischt werden – „dem Klebstoff, der die Zellen zusammenhält“, sagt Lutz. Darin enthalten sind, zum Beispiel, Kollagen oder Hyaluronsäure, zwei wichtige Bestandteile unserer Haut und unseres Bindegewebes.

Ein Gefäßsystem aus dem Drucker von Cellbricks. Ein Gefäßsystem ist die Voraussetzung für lebendiges Gewebe.

Cellbricks setzt nicht auf einen Tintenstrahldrucker

Für den tatsächlichen 3D-Druck verwendet Cellbricks keines der üblichen Verfahren wie Tintenstrahl- oder Laserdrucker, bei denen das Material durch eine Düse gepresst oder erhitzt werden muss. Stattdessen setzt das Start-up auf Stereolithografie. Das spare Zeit und schone die lebenden Zellen, erklärt Lutz.

Der Druckkopf wird dabei in Schälchen voller Biotinte und verschiedener Zelltypen eingetaucht und anschließend belichtet. „Alles, was ich mit einer bestimmten Wellenlänge belichte, wird fest. Alles, was im Schatten bleibt, bleibt flüssig“, sagt der Gründer. Zellschicht für Zellschicht entsteht das gedruckte Gewebe auf dem Druckkopf.

Noch könnten die Mini-Lebern von Cellbricks nur bestimmte Funktionen des „echten“ Vorbilds übernehmen. Auch könnte das Start-up bisher nur so viele Leberläppchen aneinander drucken, dass ein Organ von der Größe einer Zwei-Euro-Münze entsteht. Doch klar ist für Lutz Kloke schon jetzt: Die selbst entwickelte Software und Hardware funktioniert – und bis seine Firma vollwertige Lebern drucken kann, ist es nur noch eine Frage der Zeit. Und des Entwicklungsbudgets.

Ein funktionierendes 3D-Druck-Herz dauert noch

„Im Moment sind wir noch eine Art Hufschmied für die Pharmaindustrie und die Forschung“, sagt Lutz. Zu den Produkten, die Cellbricks schon verkauft, gehören Barrieremodelle. Arzneimittelhersteller können damit, zum Beispiel, eine Plazenta „simulieren“ und testen, ob Substanzen die Plazentaschranke passieren und so von der Mutter auf das Kind übergehen können. „Die Versuche dienen also dem Schutz ungeborenen Lebens“, sagt Lutz. Außerdem arbeitet Cellbricks zusammen mit seinen Kunden an der Entwicklung von Transplantaten.

Lutz Kloke vor dem von Cellbricks konstruierten 3D-Drucker. Er setzt auf Stereolithografie, um Zeit zu sparen und die Zellen zu schonen.

Bleibt natürlich die Frage, in wie vielen Jahren die ersten Organe aus dem 3D-Drucker bei Menschen implantiert werden können?

Seit israelische Forscher im Frühjahr ein gedrucktes Minitatur-Herz präsentierten, scheint es fast, als wäre die Technologie kurz vor dem Durchbruch. Doch das trügt. Nicht nur, weil die Zulassungszeit neuer Behandlungsmethoden im Durchschnitt immer noch zehn Jahre beträgt. Anders als die Leber, die Nieren oder die Lunge ist das Herz auch nicht modular aufgebaut und besteht aus viel mehr verschiedenen Zelltypen. Das schrieben die israelischen Wissenschaftler selbst in ihrer Studie. Bevor also Herzen gedruckt werden können, werden einige Zwischenschritte passieren.

Wir werden es noch erleben.
Lutz Kloke, Cellbricks

„Im nächsten Jahrzehnt werden wir erste einfache Transplantate sehen“, schätzt Lutz. Damit meint er: Gedruckte Ohrmuscheln oder lebendendes Fettgewebe. Das könnte, zum Beispiel, nach Brustkrebsoperationen eingesetzt werden – anstelle von Silikon. Bei kompletten Organen ist seine Prognose zwar etwas vager, aber durchaus optimistisch. Immerhin sagt er: „Wir werden es noch erleben, dass es medizinischer Standard wird.“ Lutz Kloke ist Mitte 30.

Lutz wird auch bei 1E9 the_conference am 11. Juli 2019 in München dabei sein, um über die Arbeit an gedruckten Organen zu berichten. Verpasse nicht, wenn rund 50 Expertinnen und Experten mit den Besuchern in die Welt der Zukunftstechnologien eintauchen!

Bilder: Cellbricks

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