Forschungsförderung für den 3-D-Druck von menschlichem Herzgewebe

Der Wissenschaftler Prof. Felix B. Engel vom Universitätsklinikum Erlangen erhält eine Förderung in Höhe von 445.000 Euro von der Deutschen Herzstiftung für die Erforschung des 3-D-Drucks von menschlichem Herzgewebe.

Der 3-D-Druck von lebendem, menschlichem Herzgewebe sei ein innovativer Ansatz in der kardiovaskulären Forschung, der künftig die Behandlungsmöglichkeiten für Patientinnen und Patienten mit Herzkrankheiten revolutionär verbessern könne, heißt es von der Deutschen Herzstiftung zur Vergabe des Forschungsgeldes. Durch den Einsatz der 3-D-Drucktechnologie hat ein interdisziplinäres Forschungsteam um Prof. Felix B. Engel, Arbeitsgruppenleiter für experimentelle Herz- und Kreislaufforschung der Nephropathologischen Abteilung des Uniklinikums Erlangen, bereits funktionales Herzgewebe erzeugt. Um die Forschung weiter voranzutreiben und den 3-D-Druck in Zukunft tatsächlich in der regenerativen Medizin einsetzen zu können, erhielten Engel und sein Team jetzt eine Förderung in Höhe von 445.000 Euro von der Deutschen Herzstiftung. Die Fördersumme stammt aus dem Nachlass der Eheleute Gisela und Herbert Fälschle, die beide am Uniklinikum Erlangen in Behandlung waren und nun posthum ihre Dankbarkeit zum Ausdruck bringen möchten, verdeutlichte ihr Neffe Stefan Winderlich, der den Nachlass verwaltet.

„Wir sind der Deutschen Herzstiftung und vor allem auch den Spendenden Gisela und Herbert Fälschle sehr dankbar für die großzügige finanzielle Unterstützung“, sagte Engel bei der Scheckübergabe. „Dadurch erhalten wir die Möglichkeit, unsere Forschungsarbeiten im Bereich des 3-D-Drucks von Herzgewebe erheblich zu intensivieren und schneller Fortschritte zu erzielen.“ Die Deutsche Herzstiftung widmet sich der Förderung von Forschungsprojekten im Bereich der Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Geschäftsführer Martin Vestweber: „Wir sind stolz darauf, Projekte wie den 3-D-Herzdruck unterstützen zu können, die einen echten Unterschied im Leben von Patientinnen und Patienten machen können.“

Dringend benötigte Alternativen zur Organspende

Die Wartelisten für eine Organtransplantation übertreffen die Anzahl der tatsächlich gespendeten Organe um ein Vielfaches. Angesichts dieses Missverhältnisses verfolgen Medizinerinnen und Mediziner seit Jahrzehnten die Idee, individuell angepasste menschliche Organe wie Niere, Leber und Herz künstlich herzustellen. Diese Vision nimmt dank wegweisender Fortschritte in der Zellproduktion, der Stammzellforschung und dem Bioprinting nun immer mehr Gestalt an. „Bioprinting ist ein 3-D-Druckverfahren, bei dem wir Biotinte einsetzen, um menschliches Gewebe zu erzeugen“, erklärt Engel.

„Das direkte Drucken lebender Zellen hatte sich anfangs als sehr schwierig erwiesen, beispielsweise weil die Biotinte sehr flüssig ist. Inzwischen haben wir eine Methode entwickelt, bei dem der Druck in ein spezielles Stützbad erfolgt.“ Das aus Mikropartikeln bestehende Stützbad hält die Form der gedruckten Tinte, bevor diese mit der Zeit von selbst aushärtet. Anschließend wird das gedruckte Gewebe extrahiert und in einem 37 Grad warmen Inkubator über mehrere Tage kultiviert. Durch das Stützbad ist keine Form nötig, in die die Biotinte gegossen werden muss. Vielmehr lässt sich der Druck Schicht für Schicht aufbauen, wodurch die Forschenden freier in ihrer Arbeit sind.

Zellen können eigenständig schlagen

Die Ausgangsbasis für die Biotinte bilden Stammzellen. Aus diesen werden Herzmuskelzellen differenziert und anschließend mit einer Mischung aus Kollagen und Hyaluronsäure zusammengeführt. Der damit beladene Spezialdrucker schafft es, innerhalb weniger Minuten zum Beispiel Herzmuskelringe zu produzieren. Auch größere Strukturen wie Ventrikel hat das Forschungsteam nach dem in Erlangen entwickelten Verfahren bereits gedruckt. Die erzeugten Herzmuskelzellen können sogar eigenständig und regelmäßig schlagen, ohne eine Blutversorgung oder Nervenreize zu benötigen. Die Kontraktionen halten über mehrere Monate an und können gegen einen passiven Widerstand arbeiten.

Organe reparieren

„Mit dem 3-D-Bioprinting können wir aktuell noch kein so komplexes Organ wie das menschliche Herz vollständig drucken, denn es besteht ja nicht nur aus Muskelzellen, sondern auch aus anderen Gewebestrukturen. Die Realisierung dieser Vision dauert sicher noch Jahrzehnte“, so Maren Fiedler, Doktorandin im Team von Engel. „Unser derzeitiger Anspruch ist es daher, zunächst ein herzähnliches System für effiziente Testungen von potenziell neuen Medikamenten gegen Herz-Kreislauf-Erkrankungen herzustellen und dadurch die präklinische Forschung an Tiermodellen zu reduzieren.“ Außerdem forscht das Team daran, das künstlich hergestellte Gewebe als Transplantat für die Reparatur des Herzes einzusetzen. „Das wäre dann eine Art ‚Herzpflaster‘, das zum Beispiel Patientinnen und Patienten mit schwerer Herzinsuffizienz gute Dienste leisten könnte.“