Das Humangenomprojekt dauerte von 1990 bis 2003 und führte zur kostengünstigen Kartierung der menschlichen DNA. Mehrere Länder, Unternehmen und Dutzende Forschungszentren weltweit kooperierten und konkurrierten um die Sequenzierung des menschlichen Genoms. Das Projekt wurde in der Presse ausführlich besprochen und fand inmitten eines großen Optimismus in Bezug auf die Technologie statt.
Für angeblich 3 Milliarden Dollar scheint das Projekt ein äußerst erfolgreiches Unterfangen zu sein. Tatsächlich waren seine Folgen so weitreichend und öffneten Türen zu so vielen Forschungsfeldern, dass es schwer zu erkennen ist, wie umfassend sein Einfluss war. Es hat die Forschung zu seltenen Krankheiten und Biologie vorangetrieben. Es ermöglichte auch unsere CRISPR-Impfstoffe, neue Polymere, DNA-Datenbanken zur Aufklärung von Verbrechen, die Produktion traditioneller Medizin sowie ein besseres Verständnis von uns Menschen, jedem Einzelnen. Einer Schätzung zufolge hatte es einen wirtschaftlichen Einfluss von 796 Milliarden Dollar. Das ist ein ziemlicher ROI für DNA.
Und dennoch hätten wir erwartet, dass diese Bemühungen in den darauffolgenden Jahren viele weitere solcher Projekte hervorgebracht hätten, aber das ist nicht der Fall. Die viel längere und viel teurere Suche nach erschwinglicher Fusionsenergie im ITER-Projekt ist eine bemerkenswerte Ausnahme. Dieses bemerkenswerte Projekt wird voraussichtlich viele Jahrzehnte dauern und könnte ebenfalls enorme Auswirkungen haben. Eine weitere Ausnahme von der Regel ist der riesige Teilchenbeschleuniger des CERN. Angesichts dieser Auswirkungen sind multinationale, milliardenschwere Forschungsprojekte jedoch selten.
Bioprinting – die große Lüge
Das ist schade, denn ich bin der Meinung, dass wir ein „Human Vascularization Project“ brauchen, um echtes Bioprinting Wirklichkeit werden zu lassen. Erstens ist das meiste, was Sie über Bioprinting gelernt haben, wahrscheinlich gelogen. Das Ohr, das Herz, die Niere – all diese Dinge wurden übertrieben dargestellt.
Stellen Sie sich vor, ich würde einen Spritzbeutel voller Pastete nehmen und daraus eine Leber formen. Technisch gesehen hätte ich tote Leberzellen in eine Leberstruktur verwandelt. Ich bin der Herstellung einer funktionierenden Leber nicht näher gekommen als zuvor, aber das erzählen wir CNN nicht. Ich bin zutiefst enttäuscht von vielen Forschern weltweit und von vielen renommierten Universitäten, die die Möglichkeiten und Bedeutung ihrer Bioprinting-Forschung regelmäßig übertreiben. Dadurch erscheint eine biogedruckte Realität möglicherweise viel näher, als sie ist.
Tatsächlich sind wir, obwohl Fortschritte erzielt werden, noch Jahrzehnte von den meisten biogedruckten Organen entfernt. Es gibt viele technische Herausforderungen, von Skalierbarkeit über Auflösung und Größe bis hin zur tatsächlichen Fähigkeit, Organe zu implantieren und vielem mehr. Es wird auch eine Reihe von Herausforderungen geben, von denen wir erst wissen, wie sie aussehen, wenn wir in späteren Phasen ankommen.
Geschichte der Herztransplantation
Bitte bedenken Sie, dass die ersten Herztransplantationen bei Tieren bereits 1905 durchgeführt wurden, die erste Herztransplantation beim Menschen jedoch erst 1967. Über fünf Jahrzehnte hinweg mussten Hilfsmaschinen, Medikamente zur Verringerung der Abstoßung sowie eine Vielzahl von Techniken und Verfahren entwickelt werden, um die Herztransplantationen beim Menschen zu dem zu machen, was sie heute sind. Selbst heute werden nur etwa 3.500 Herztransplantationen beim Menschen durchgeführt, wobei die Sterberate bei 4 % pro Jahr liegt.
In den 1970er Jahren hätte man es jemandem verzeihen können, wenn er geglaubt hätte, dass das Verfahren viel häufiger zum Einsatz kommen und jedem Menschen ewiges Leben ermöglichen würde. Diese ähnlich optimistische Sichtweise durchdringt unser begrenztes Verständnis des Bioprintings. Ja, unsere Fernseher werden immer billiger und Ihr neuer Computer ist fantastisch, aber wir sprechen hier von einer ganz anderen technischen Herausforderung.
Wir müssen verstehen, dass Herztransplantationen seltene Technologien sind, die aus derselben Wissensquelle hervorgegangen sind wie die weitaus häufigeren Angioplastien und Herzschrittmacher. In den USA werden jährlich über 600.000 Angioplastien durchgeführt, während über 3 Millionen Menschen Herzschrittmacher tragen. Herztransplantationen machten also Schlagzeilen, sind aber auch Jahrzehnte später noch nicht einfach durchzuführen. Sie haben jedoch ergänzende Behandlungen ermöglicht, von denen Millionen profitieren.
Technologien werden sich entwickeln, dessen sind wir uns sicher, aber wie, darüber können wir uns nie im Klaren sein. Mikrowellen wurden durch Zufall entdeckt, als jemand in einem Telekommunikationslabor einen Schokoriegel in die Tasche steckte. Es ist zweifelhaft, dass die Leute, die am Laser arbeiteten, dessen Anwendungsmöglichkeiten bei der Haarentfernung, Augenchirurgie, beim Abspielen von Musik und beim Drucken voraussahen. Aber jede dieser Technologien war eine Grenze, jenseits derer nichts möglich war. Jede von ihnen öffnete viele Welten technologischer Entdeckungen, weil sie die Möglichkeiten an der Grenze der Wissenschaft veränderten.
Die Fähigkeit, Organe im Biodruckverfahren herzustellen, ist eine solche Grenze. Sie könnte viele Leben retten. Bitte haben Sie jedoch Verständnis dafür, dass dies möglicherweise auf eine ganz andere Art und Weise geschieht, als wir vielleicht denken. Organe aus dem 3D-Druckverfahren sind vielleicht selten, aber neue Venen oder gedruckte Haut könnten die Behandlung von Herz-Kreislauf- und Hautkrankheiten revolutionieren.
Bioprinting könnte eine der einflussreichsten Entwicklungen sein, die wir als Menschheit gemeinsam in Angriff nehmen. Obwohl viele Universitäten weltweit an dieser Technologie arbeiten, sehen wir nicht viel Zusammenarbeit. Tatsächlich scheint ein wilder Wettstreit um geistiges Eigentum und die Vorherrschaft in einem Organsystem im Gange zu sein. Standards gibt es noch nicht. Jeder scheint zu wissen, dass Nobelpreise in Aussicht stehen. „Sie nehmen Knorpel, wir kümmern uns um die Milz.“ Das scheint derzeit der Plan zu sein. Das Ergebnis ist eine verworrene Landschaft.
Ein Projekt zur menschlichen Vaskularisierung
Staatliche Labore erhalten Millionen und auch in Start-ups werden Millionen investiert. Das wird nicht ausreichen. Hinzu kommt, dass das Ganze angesichts der fragmentierten Technologielandschaft ziemlich ineffizient ist.
Eine Herausforderung, der sich jeder stellen muss, ist die Vaskularisierung, bei der ein Gewebe oder ein Organ an Blutgefäße angeschlossen wird, um mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgt zu werden. Gewebe und biogedruckte Implantate müssen vaskularisiert werden, um leben zu können. Andernfalls sind sie nutzlos.
In vielen Startups und Forschungsgruppen wird der Vaskularisierung vergleichsweise wenig Aufmerksamkeit geschenkt, da die meiste Arbeit auf die Herstellung des Organsystems selbst gerichtet ist. Der entscheidende Schritt, damit Bioprinting funktioniert, ist die Vaskularisierung, und abgesehen von einer zufälligen Entdeckung sehe ich nicht, wie dies von selbst passieren soll.
Ich schlage daher ein globales Projekt zur Gefäßbildung beim Menschen vor, das sich mit der erfolgreichen Gefäßbildung beim Gewebe beschäftigt. Dies wird sich positiv auf die Anbindung von Transplantationsorganen auswirken, wird dazu beitragen, dass Bioprinting Realität wird, aber auch im Kampf gegen Herz-Kreislauf-Erkrankungen helfen, die derzeit eine der häufigsten Todesursachen beim Menschen sind. Manchmal ist die Zukunft offensichtlich.
Titelbild: Ein Lungenlappen, der mithilfe der Print-to-Perfusion-Technologie von 3D Systems von United Therapeutics im 3D-Druckverfahren hergestellt wurde. Bild mit freundlicher Genehmigung von United Therapeutics.
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