How to 3D print human tissue - Taneka Jones

Übersetzung: Aniko Karpati Lektorat: Sonja Maria Neef

There are currently hundreds of thousands of people on transplant lists,

Hundertausende Patienten sind zurzeit auf Transplantationslisten

waiting for critical organs like kidneys, hearts, and livers

und warten auf lebenswichtige Organe, wie Nieren, Herzen und Lebern,

that could save their lives.

die lebensrettend sein könnten.

Unfortunately,

Leider gibt es nicht annähernd genügend Spenderorgane,

there aren’t nearly enough donor organs available to fill that demand.

um die Nachfrage zu bedienen.

What if instead of waiting,

Was wäre, wenn wir anstatt warten zu müssen,

we could create brand-new, customized organs from scratch?

ganz neue, maßgeschneiderte Organe aus dem Nichts herstellen können?

That’s the idea behind bioprinting,

Diese Idee, verbirgt sich hinter dem "Biodruck".

a branch of regenerative medicine currently under development.

ein Gebiet in der regenerativen Medizin, das sich momentan weiterentickelt.

We’re not able to print complex organs just yet,

Wir können zwar noch keine komplexen Organe drucken,

but simpler tissues including blood vessels and tubes

aber einfachere Gewebe, wie Adern und andere Gefäße,

responsible for nutrient and waste exchange

die für den Austausch von Nähr- und Abfallstoffen von Bedeutung sind,

are already in our grasp.

sind bereits in unserer Reichweite.

Bioprinting is a biological cousin of 3-D printing,

Der Biodruck ist ein biologischer Verwandter des 3-D Drucks;

a technique that deposits layers of material on top of each other

einer Methode bei der Materialien in Schichten aufeinander aufgetragen werden,

to construct a three-dimensional object one slice at a time.

um ein dreidimensionales Objekt Schicht-für-Schicht herzustellen.

Instead of starting with metal, plastic, or ceramic,

Anstatt von Metall, Plastik oder Keramik

a 3-D printer for organs and tissues uses bioink:

verwendet ein 3-D Drucker für Organe Bio-Tinte:

a printable material that contains living cells.

ein druckbares Material, das aus lebenden Zellen besteht.

The bulk of many bioinks are water-rich molecules called hydrogels.

Zumeist bestehen Bio-Tinten aus wasser- reichen Molekülen, genannt Hydrogel.

Mixed into those are millions of living cells

In dieses sind Millionen lebender Zellen gemischt,

as well as various chemicals that encourage cells to communicate and grow.

zusammen mit anderen, wachstums- und zellkommunikationsfördernden Chemikalien.

Some bioinks include a single type of cell,

Einige Bio-Tinten enthalten nur eine einzige Zellart

while others combine several different kinds to produce more complex structures.

andere enthalten mehrere Zellarten, um komplexe Strukturen zu formen.

Let’s say you want to print a meniscus,

Stell dir vor, du willst einen Meniskus drucken;

which is a piece of cartilage in the knee

ein Stück Knorpel für das Knie,

that keeps the shinbone and thighbone from grinding against each other.

das das Aneinenderreiben von Schienbein und Oberschenkelknochen verhindert.

It’s made up of cells called chondrocytes,

Der Meniskus besteht aus Chondrozyten,

and you’ll need a healthy supply of them for your bioink.

eine Zellart, die ausreichend in der Bio-Tinte vorhanden sein muss.

These cells can come from donors whose cell lines are replicated in a lab.

Die Zellen können gespendet werden und werden anschließend im Labor reproduziert.

Or they might originate from a patient’s own tissue

Sie können aber auch vom Gewebe des Patienten stammen;

to create a personalized meniscus less likely to be rejected by their body.

um einen individuellen Meniskus mit einem geringeren Abstoßrisiko herzustellen

There are several printing techniques,

Es gibt verschiedene Drucktechniken,

and the most popular is extrusion-based bioprinting.

mit der Extrusionstechnik als am häufigsten verwendete Biodrucktechnik.

In this, bioink gets loaded into a printing chamber

Bei dieser Technik wird eine Druckkammer mit Bio-Tinte beladen,

and pushed through a round nozzle attached to a printhead.

die durch eine am Druckkopf befestigte runde Düse gepresst wird.

It emerges from a nozzle that’s rarely wider than 400 microns in diameter,

Die Düse hat selten einen Durchmesser von mehr als 400 µm

and can produce a continuous filament

und erzeugt ein kontinuierliches Filament,

roughly the thickness of a human fingernail.

von einer ungefähren Dicke eines menschlichen Fingernagels.

A computerized image or file guides the placement of the strands,

Ein Computerbild oder eine Computerdatei kontrolliert die Anordnung der Filamente

either onto a flat surface or into a liquid bath

entweder auf einer ebenen Oberfläche oder in einer Flüssigkeit,

that’ll help hold the structure in place until it stabilizes.

die die Struktur erhält, bis sie sich stabilisiert.

These printers are fast, producing the meniscus in about half an hour,

Diese Drucker sind effizient und stellen einen Meniskus innerhalb von 30 min her;

one thin strand at a time.

mit einem Filament nach dem anderen.

After printing, some bioinks will stiffen immediately;

Nach dem Drucken verhärten einige Bio-Tinten sofort;

others need UV light or an additional chemical or physical process

andere benötigen UV-Licht oder zusätzliche chemikalische oder physikalische Prozesse,

to stabilize the structure.

um die Struktur zu stabilisieren.

If the printing process is successful,

Wenn der Biodruck erfolgreich ist,

the cells in the synthetic tissue

beginnen sich die Zellen im künstlich hergestellten Gewebe,

will begin to behave the same way cells do in real tissue:

genauso zu verhalten, wie in einem echten Gewebe:

signaling to each other, exchanging nutrients, and multiplying.

Sie kommunizieren miteinander, tauschen Nährstoffe aus und teilen sich.

We can already print relatively simple structures like this meniscus.

Wir können bereits einfache Strukturen wie Menisken drucken.

Bioprinted bladders have also been successfully implanted,

Es wurden auch bereits biogedruckte Blasen erfolgreich implantiert,

and printed tissue has promoted facial nerve regeneration in rats.

und gedrucktes Gewebe unterstützte die Heilung von Gesichtsnerven in Ratten.

Researchers have created lung tissue, skin, and cartilage,

Wissenschaftler haben Lungengewebe, Haut und Knorpel hergestellt

as well as miniature, semi-functional versions of kidneys, livers, and hearts.

sowie verkleinerte, teil-funktionsfähige Modelle von Nieren, Lebern und Herzen.

However, replicating the complex biochemical environment

Trotzdem bleibt die Nachahmung der komplexen biochemischen Umgebungen

of a major organ is a steep challenge.

der Hauptorgane eine Herausforderung.

Extrusion-based bioprinting may destroy

Die Extrusionstechnik kann einen Anteil an Zellen in der Bio-Tinte zerstören,

a significant percentage of cells in the ink if the nozzle is too small,

falls die Düse zu klein oder der Druck zu hoch ist.

or if the printing pressure is too high.

One of the most formidable challenges

Eine der gewaltigsten Herausforderungen ist es,

is how to supply oxygen and nutrients to all the cells in a full-size organ.

alle Zellen in einem lebensgroßen Organ

mit Sauerstoff und Nährstoffen zu versorgen.

That’s why the greatest successes so far

Daher sind bis jetzt flache oder hohle Strukturen am erfolgreichsten —

have been with structures that are flat or hollow—

and why researchers are busy developing ways

und deshalb beschäftigen sich Wissenschaftler jetzt damit,

to incorporate blood vessels into bioprinted tissue.

wie Blutgefäße in die biogedruckten Strukturen eingebettet werden können.

There’s tremendous potential to use bioprinting

Der Biodruck hat ein gewaltiges Potential, das Leben retten kann

to save lives and advance our understanding

und uns hilft zu verstehen,

of how our organs function in the first place.

wie die Organe überhaupt funktionieren.

And the technology opens up a dizzying array of possibilities,

Die Technologie eröffnet auch andere ungeahnte Möglichkeiten,

such as printing tissues with embedded electronics.

wie den Biodruck von Geweben mit integrierter Elektronik.

Could we one day engineer organs that exceed current human capability,

Könnten wir eines Tages Organe herstellen,

die den menschlichen Fähigkeiten überliegen

or give ourselves features like unburnable skin?

oder unsere Fähigkeiten verbessern, wie z.B. nicht brennbare Haut?

How long might we extend human life by printing and replacing our organs?

Wie lange wird menschliches Leben verlängert werden können

mit gedruckten und erneuerten Organen?

And exactly who—and what—

Wer -- und was genau -- wird Zugriff auf diese Technologie

will have access to this technology and its incredible output?

und ihre unfassbare Leistung haben?