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Leben aus dem 3-D-Drucker

Von Alexandra Grass

Wissen

Forscher arbeiten an Körperersatzteilen, aber auch an der Fleischproduktion.


Wien. Man fühlt sich in die Science-Fiction-Welt von "Star Trek" versetzt. Der Replikator erlaubte es, jeden in seiner atomaren Struktur vorher erfassten oder programmierten Gegenstand zu duplizieren. Also ein Gerät, das Gegenstände, Essen oder neuerdings sogar Körperteile hervorbringt.

TU-Forscher druckten dieses Rennauto mit etwa 285 Mikrometer Länge.
© TU Wien

Alles Science-Fiction? Nein - mittlerweile ist dies Realität. Die Methode nennt sich Rapid Prototyping. Dabei werden formbare Materialien - zum Beispiel Silikone oder Harz - Schicht für Schicht aufeinander aufgetragen und durch Belichtung ausgehärtet. So können komplexe, dreidimensionale Gebilde "gedruckt" werden. Mittlerweile kommen nicht nur Kunststoff, Metall und Keramik zur Anwendung.

Beim sogenannten Bioprinting können organische Stoffe, wie zum Beispiel Blutgefäße, Haut, Organe oder Knochen dreidimensional gedruckt werden. In der Zukunft wird diese Art von 3-D-Druckern die Medizin maßgeblich verändern.

Als Ausgangsmaterial werden menschliche Zellen verwendet, die als Tinte dienen, um etwa Implantate erstellen zu können, die vom Organismus dann besser angenommen werden als synthetische. Das Risiko der Ablehnung des Transplantats vom eigenen Körper könnte damit verringert werden.

Gearbeitet wird noch daran, wie man die optimale Verbindung zum echten Gewebe herstellen kann. Nervenzellen und Blutgefäße versorgen das menschliche Gewebe mit Sauerstoff und Nährstoffen - den mit 3-D-Drucker hergestellten Teilen fehlt dies jedoch.

James Yoo von der Wake-Forest-Universität in Winston Salem im US-Bundesstaat North Carolina entwickelt ein System, mit dem sich Haut auf Brandwunden drucken lässt. Der Bioprinter hat einen Laserscanner, der die Wunde abtastet. Aus dem Scanner erstellt das System ein 3-D-Bild der Wunde, anhand dessen der Drucker dann das Hautstück produziert.

Das gedruckte Schnitzel

Unterdessen arbeiten Forscher auch an der Produktion von Fleischwaren zum Verzehr. Die US-Firma Modern Meadow möchte eine Technik entwickeln, um Fleisch und Lederprodukte aus Biotinte drucken zu können. Als Grundlage sollen verschiedene Zelltypen dienen, wie es heißt. In der ersten Entwicklungsphase will das Unternehmen ein essbares Stück von zwei mal einem Zentimeter Größe und einer Dicke von einem halben Millimeter produzieren, wie es im Projektbericht steht, der dem US-Landwirtschaftsministerium vorliegt.

Damit soll Fleisch wirtschaftlicher und umweltfreundlicher hergestellt werden. Wie eine Studie des "Journal of Animal Science" zeigt, benötigt man für einen Hamburger mit 125 Gramm Fleisch drei Kilogramm Getreide, 200 Liter Wasser, 7 Quadratmeter Land und mehr als 40 Kilogramm Kohlendioxid.

Die Herstellung von Laborfleisch würde bedeuten, dass 96 Prozent weniger Treibhausgase und 55 Prozent weniger Energie verbraucht würden, so die kursierenden Daten. Außerdem würde das Drucken gerade einmal vier Prozent des sonst benötigten Wassers aufwenden.

Bis Anfang 2013 will Modern Meadow nun testen, inwieweit die Drucktechnik auch für die Nahrungsmittelproduktion eingesetzt werden kann. Angeblich würden in der Hauptzentrale von "Google" bereits "gedruckte" Nudeln verspeist, wie Meldungen verlauten.

Für den Hausgebrauch

Wiewohl das alles noch sehr fern klingt, kann auch der normale Bürger schon diese Technologie nutzen. 3-D-Drucker gibt es nämlich auch schon längst für den Hausgebrauch. Rund 1700 Euro sind derzeit dafür zu berappen. Ob Kaffeehäferl oder Miniglobus aus Kunststoff - die modernste Technik macht es möglich.

Werkstoffwissenschafter der TU Wien haben vor einiger Zeit eine Miniaturnachbildung des Stephansdoms in der Größe von nur etwa über 50 Mikrometer ausgedruckt, auf denen sich Details wie Fenster oder Strebpfeiler deutlich erkennen lassen. Auch ein Rennauto oder die Tower Bridge waren Vorlage für solche Reproduktionen aus Harz. Denn die Drucker wurden mit flüssigem Harz befüllt, das genau an den gewünschten Stellen durch fokussierte Lichtstrahlen ausgehärtet wurde.

Sie arbeiten auch an der Herstellung von bio-kompatiblen Harzen für medizinische Anwendungen. Damit könnte man maßgeschneiderte Strukturen bauen, die lebende Zellen als Gerüst benutzen können, um biologisches Gewebe nachzubilden.