--- title: "Bioprinting: eine Niere aus dem 3D-Drucker?" language: "de" type: "post" original_url: "https://www.atlas-digitale-gesundheitswirtschaft.de/blog/2020/11/11/bioprinting-eine-niere-aus-dem-3d-drucker/" human_version: "../../../../../mensch/blog/2020/11/11/bioprinting-eine-niere-aus-dem-3d-drucker/" date: "2020-11-11" section: "Review-Artikel" categories: ["3D-Druck", "Forschung", "Krankenhaus", "Therapie"] author: "Thea Kreyenschulte" reading_time: "7 Min." description: "Neue Verfahren ermöglichen mit Gefäßen durchzogenes Gewebe künstlich bereitzustellen. Welche Bedeutung hat das 3D-Bioprinting für die Nierentransplantation?" publisher: "Lehrstuhl für Management und Innovation im Gesundheitswesen, Universität Witten/Herdecke" --- # Bioprinting: eine Niere aus dem 3D-Drucker? *11.11.2020 · Review-Artikel · Von Thea Kreyenschulte* Der tendenziell steigende Bedarf an Organen zur Transplantation (1, 2) trifft in der Medizin auf die Folgen des demographischen Wandels sowie zeitgleich auf eine mäßige Organspende-Bereitschaft (1). So ist die Entwicklung der Organspenden in Deutschland weiterhin rückläufig. Im Fall gespendeter Nieren ist im Jahr 2020 bei 1.030 gespendeten Nieren die Zahl bisher um rund 1,2 Prozent im Vergleich zum Vorjahr gestiegen, nachdem sie zuvor jedoch fast stetig sank (3). Mit einer Organspende sind neben Spendermangel und Wartezeiten auch immer Langzeitauswirkungen wie die lebenslange Einnahme von Immunsuppressiva verbunden (4). Zudem handelt es sich zwar um seltene, aber teure Krankenhausleistungen. Die Behandlung von Niereninsuffizienz verursachte in 2015 rund drei Mrd. Euro Krankheitskosten, hunderttausende Patienten sind auf eine regelmäßige Dialyse angewiesen (5). Dies erhöht den Entwicklungsdruck von innovativen Lösungen, die bestehende Engpässe umgehen sollen (1). Von rund 9.500 Personen auf der Warteliste für eine Organtransplantation benötigten im Jahr 2019 7.148 Personen eine Spenderniere (6). Invitro-Organe, oder auch der Einsatz von 3D-Bioprinting-Technologie, wurden in diesem Kontext in den letzten Jahren stark erforscht und weiterentwickelt. Letzteres geht über klassische 3D-Druckverfahren hinaus und soll mit Gefäßen durchzogenes (durchblutetes) Gewebe künstlich bereitstellen (7). Welche Möglichkeiten eröffnet die Technologie des 3D-Bioprintings für die Nierentransplantation? ### **Kein klassischer 3D-Druck** Mithilfe von 3D-Bioprinting werden dreidimensionale, feste oder dynamische Objekte gedruckt. Vorlage dieser sind bspw. zuvor im Computertomographen (CT) aufgenommene Bilder oder Scans, aus welchen in einem ersten Schritt 3D-Gerüste für die herzustellenden Organe gedruckt werden (8). Benötigt werden eine spezielle Druckapparatur, Modellier-Software sowie Bio-Tinte (8), welche lebende Zellen enthält und anschließend auf Hydrogel aufgetragen wird (4, 7). Die Tinten können anhand thermischer, piezoelektrischer oder auch akustischer Methoden erzeugt und aufgetragen werden (7). Regelmäßig verwendet werden 3D-Bioprint-Modelle u.a. bereits zur Erstellung von Haut, Prothesen oder Medikamenten (1).![3D Druck](https://www.atlas-digitale-gesundheitswirtschaft.de/mensch/assets/bilder/wp-content/uploads/2020/11/Components-of-bioprinting_Leberfinger.png)Abb. 1: Technische Vorgehensweise und verschiedene Druckarten des 3D-Bioprintings (1) ### **Wartezeiten auf eine Spenderleber werden potenziell minimiert** Mithilfe von 3D-Bioprinting kann funktionelles, lebendes Gewebe hergestellt werden. Dadurch werden in der Nierentransplantation Chancen für die regenerative Medizin geboten (9). Die Technologie ist prinzipiell kostengünstiger, vielseitig einsetzbar sowie schnell verfügbar (7). Aus Gewebe gewonnene, patienteneigene Zellen können zum Drucken verwendet und im Transplantationsprozess präzise und automatisiert platziert werden. Erkranktes Gewebe kann somit ersetzt und darüber hinaus transplantierte Organe im besten Fall seltener abgestoßen werden (4). Mit erfolgreich künstlich gewonnenen Organen können somit Anschluss- und Behandlungskosten reduziert und darüber hinaus Wartezeiten bei geplanter Organtransplantation perspektivisch extrem verkürzt werden. Vorläufiges Ziel kann und sollte jedoch mindestens sein, in kritischen Fällen anhand 3D-gedruckter Organe, die regelmäßig lange Wartezeit auf ein Organ zumindest erfolgreich zu überbrücken (4, 7). ### **Aber: Niere als großes Organ für 3D-Bioprinting herausfordernd** Trotz aller naheliegenden Möglichkeiten steckt die Methode des 3D-Bioprintings noch in den Kinderschuhen. Es existieren viele Ansätze des 3D-Drucks – nur wenige sind jedoch kompatibel mit den 3D-Bioprinting-Vorhaben (7). Derzeit werden künstliche Organe immer noch an Tieren getestet (10), komplexe Organstrukturen nur teilweise, und nicht als gesamtes Organ, abgebildet (4, 7) und versucht, herkömmliche Technologien des 3D-Drucks spezifisch zu adaptieren (7). Trotz aller Innovation muss stets bedacht werden, dass die Komplexität menschlicher Organe – so auch der Niere – nicht in wenigen Stunden nachbildbar ist. Auch 3D-Bioprinting benötigt für ein Organ wie die Niere Wochen der Durchführung (7). Daher bleibt aktuell ein Schritt in Richtung einer Revolution der Organtransplantation, funktionale Gewebeteile aus dem 3D-Drucker bei mangelnder Nierenfunktion zu nutzen. So kann die Wartezeit auf ein Spenderorgan überbrückt werden (10). Herausforderungen ergeben sich auch in der Zell-Tinte. Beim 3D-Bioprinting beeinflusst die Zelldichte die Ausbreitung der gedruckten Zellen sowie ihre Interaktion im neuen Gewebe maßgeblich. Daher ist die Entwicklung ausgereifter Zell-Tinte aktuell ein bedeutender technologischer Engpass (7), welcher besonders für große Organe gilt (1). Zeitgleich ist die Gewinnung lebender Zellen, unabhängig von ihrer Zahl, weiterhin herausfordernd (1, 4). ### **Anwendungsszenarien für einzelne Organe notwendig** Im Falle der künstlichen Spenderniere ist weiterhin eine stetige Forschungsförderung notwendig, da es enorm schwierig ist, ein lebensnahes mikrobielles Umfeld für künstliches Gewebe oder Organteile und ihre Funktionalität bereitzustellen. Gründe dafür sind die komplexe Mikroarchitektur sowie die zahlreichen Zellkombinationen des Organs (9). Aktuell wird nur eine begrenzte Zahl an Zell-Tinten in der Erprobung 3D-gedruckter Organe verwendet. Dies liegt im Mangel dieser Tinten, sich an das lebende Zielgewebe anzupassen, begründet (1, 8). Demnach sollte ein interdisziplinäres Weiterdenken klassischer 3D-Drucktechnik erfolgen und Anwendungsszenarien für einzelne Organe entwickelt und erprobt werden (7). Darüber hinaus müssen klinische Studien erst noch durchgeführt werden, um das tatsächliche Potenzial des 3D-Bioprintings zu explorieren und Behandlungskosten reell zu reduzieren (4). ### **Fazit** Der Bedarf an künstlichen Organen – besonders an der Niere – steigt; Forschung in diesem Bereich expandiert. Bioprinting stellt eine schnell verfügbare, kostengünstige Ergänzung für das Transplantationswesen dar. Trotz dieser Zukunftsausblicke muss jedoch bedacht werden, dass menschliche Organe hochkomplex sind. Dies macht spezifische Anforderungsprofile des Gewebes mitsamt entsprechender Zellen und somit Wissenstransfer und Investition in Forschung notwendig. Quellen 1. Vijayavenkataraman S, Yan WC, Lu WF, Wang CH, Fuh JYH. 3D bioprinting of tissues and organs for regenerative medicine. Adv Drug Deliv Rev. 2018;132:296-332. [zum Original](https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29990578) 2. Hong N, Yang GH, Lee J, Kim G. 3D bioprinting and its in vivo applications. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2018;106(1):444-59. [zum Original](https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28106947) 3. Organtransplantation DS. Statistiken zur Organspende 2020. [zum Original](https://dso.de/organspende/statistiken-berichte/organspende) 4. Leberfinger AN, Dinda S, Wu Y, Koduru SV, Ozbolat V, Ravnic DJ, et al. Bioprinting functional tissues. Acta Biomater. 2019;95:32-49. [zum Original](https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30639351) 5. Bundesamt S. Gesundheit. In: Bundesamt S, editor. Statistisches Jahrbuch 20192019. p. 127-62. [zum Original](https://www.destatis.de/DE/Themen/Querschnitt/Jahrbuch/statistisches-jahrbuch-2019-dl.pdf?__blob=publicationFile) 6. Aufklärung Bfg. Statistiken zur Organspende für Deutschland und Europa 2020. [zum Original](https://www.organspende-info.de/zahlen-und-fakten/statistiken.html) 7. Gao G, Huang Y, Schilling AF, Hubbell K, Cui X. Organ Bioprinting: Are We There Yet? Advanced Healthcare Materials. 2018;7(1). [zum Original](http://doi.org/10.1002/adhm.201701018) 8. Gu BK, Choi DJ, Park SJ, Kim YJ, Kim CH. 3D Bioprinting Technologies for Tissue Engineering Applications. Adv Exp Med Biol. 2018;1078:15-28. [zum Original](https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30357616) 9. Ong CS, Yesantharao P, Huang CY, Mattson G, Boktor J, Fukunishi T, et al. 3D bioprinting using stem cells. Pediatr Res. 2018;83(1-2):223-31. [zum Original](https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28985202) 10. Zhong C, Xie H-Y, Zhou L, Xu X, Zheng S-S. Human hepatocytes loaded in 3D bioprinting generate mini-liver. Hepatobiliary & Pancreatic Diseases International. 2016;15(5):512-8. [zum Original](http://doi.org/10.1016/s1499-3872(16)60119-4) **Kategorien:** 3D-Druck, Forschung, Krankenhaus, Therapie ## Bilder auf dieser Seite - 3D Druck: ../../../../../mensch/assets/bilder/wp-content/uploads/2020/11/Components-of-bioprinting_Leberfinger.png - Hintergrundbild: ../../../../../mensch/assets/bilder/wp-content/uploads/2022/05/shutterstock_1426913408.png --- Diese Seite ist für KI-Systeme optimiert. Version für Menschen: [Bioprinting: eine Niere aus dem 3D-Drucker?](../../../../../mensch/blog/2020/11/11/bioprinting-eine-niere-aus-dem-3d-drucker/)