Leben

Forscher in den USA arbeiten an künstlichen Organen aus Zucker

von
Paul Bandelin

An der Universität Illinois ist die Entwicklung eines 3D-Druckers gelungen, der aus Zucker biologische Strukturen – beispielsweise Organe – produziert.

Kochender Zucker der zu Karamell wird.
Mehr als nur lecker: Aus Zucker entstehen künstliche Organe. Foto: Shutterstock / Svs_Sergey

Das erfahren Sie gleich:

  • Wie künstliche Organe aus dem 3D-Drucker entstehen können
  • Warum komplexe Figuren aus Zucker mit großem Aufwand verbunden sind
  • Weshalb es noch dauern wird, bis der 3D-Drucker menschliche Organe aus Zucker erschaffen kann

Zucker kann mehr als nur Zähne verkleben und für Parodontitis sorgen – in gewisser Form kann er sogar die Gesundheit fördern. Denn seine Fähigkeit zu schmelzen und dann wieder in einen festen Aggregatzustand überzugehen ist nicht nur für Konditoren spannend. Es ist genau diese Eigenschaft, die ihn jetzt auch für die Wissenschaft – und besonders die Medizin – interessant macht.

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3D-Drucker für künstliche Organe

Ein Forscherteam der Universität Illinois kann jetzt möglicherweise einen Durchbruch für sich verbuchen. Sie haben eine neue Art 3D-Drucker entwickelt, der in der Lage ist, detaillierte biologische Strukturen aus Zucker zu produzieren. Der Doktorand Matthew Gelber und der Professor für Bioingenieurwissenschaft Rohit Bhargava haben dazu Isomalt genutzt. Dabei handelt es sich um einen Zuckerersatz, hinter dem sich ein Gemisch zweier Zuckeralkohole verbirgt, das als Zuckeraustauschstoff Verwendung findet.

Ist der Zucker einmal geschmolzen und ausgedruckt, wird er kalt und die Strukturen verfestigen sich. Dabei generieren sie ein stabiles Gerüst, dessen Struktur sich in Zukunft als Ausgangspunkt für die Herstellung menschlicher Organe nutzen ließe.

Aus Zucker lassen sich alle Arten von Figuren produzieren

Die Entwicklung des Druckers war mit enormen Schwierigkeiten verbunden. Zahlreiche Einstellungen mussten die Macher mit besonderer Vorsicht vornehmen. Durch technische Kniffe – wie beispielsweise die Senkung der Druckgeschwindigkeit und der Temperatur – kann der Drucker aber komplexe Gerüste erschaffen, die organischen Strukturen sehr ähnlich sind, ohne dabei fragil zu sein.

Trotz der technischen Neuerung ist es alles andere als leicht, aus Zucker gebrauchsfähige Figuren zu drucken. Besonders wenn es sich dabei um so komplexe Gerüste wie das eines wachsenden Herzens handelt. Zu viel Druck lässt das Produkt die falsche Form annehmen, bei zu viel Hitze kristallisiert wiederum der Zucker. Glücklicherweise ist Isomalt für diese Art der Beschwerden weniger anfällig als herkömmlicher Zucker. Selbst beim Vorgang der Schmelze kommt es zu keiner Entfärbung.

Eine mögliche Anwendung ist die Kreation von Tumoren im Labor. Während Zellkulturen sonst eher in Petrischalen gezüchtet werden, gibt uns die Technologie die Charakteristik von echten Zellen.

Prof. Rohit Bhargava

Um ein künstliches menschliches Herz zu produzieren, will Bhargava rund um das entstandene Zuckergerüst Gewebe erzeugen. Der Zucker löst sich danach auf und hinterlässt neben einer selbsttragenden organischen Struktur noch eine Reihe miteinander verbundenen Röhren und Tunnel, die als Blutgefäße dienen können. Mit einer ähnlichen Methode haben chinesische Wissenschaftler bereits künstliche Ohren aus körpereigenen Zellen erschaffen.

3D-Drucker sollen bald Organe aus Zucker erzeugen

Ein weiteres Vorhaben des Teams ist es, eine spezielle organische Beschichtung zu entwickeln, bei der der Zeitpunkt der Auflösung minutiös kontrolliert werden kann – ähnlich wie bei einigen medizinischen Pillen.

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Für viele Mediziner klingt das Vorhaben nach einem Paradigmenwechsel. Die Herstellung menschlicher Organe aus Zucker aus dem 3D-Drucker ist eine vielversprechende Zukunftstechnologie, die aber in ihrer Entwicklung noch einige Jahre mehr benötigt.

Die Technik der 3D-Drucker ist trotzdem bereits sehr weit: Vom Gaspedal, über den Turnschuh, bis zum Panzer für die Schildkröte lässt sich heute fast alles drucken.

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