Erste menschliche Hornhaut aus dem 3D-Drucker
Verletzungen oder Infektionen der menschlichen Hornhaut können zur Erblindung führen. Eine das Augenlicht rettende Transplantation scheitert oft aus Not an Spenderorganen. Britischen Forschern ist es jetzt erstmals gelungen, eine menschliche Hornhaut mit Biotinte im 3D-Druckverfahren herzustellen.
Steve Swioklo und Forschungsleiter Che Connon (re.) von der Newcastle University zeigen eine mit ihrer Biotinte gedruckte Hornhaut.
Foto: Newcastle University
Im Auge des Menschen spiegelt sich seine Umwelt als Abbild auf der Netzhaut wider. Die durchsichtige Hornhaut, Kornea genannt, sorgt als äußerste Schicht des Auges dafür, dass dieses Abbild fokussiert ins Innere des Auges gelangt. „Die Kornea ist der gewölbte vordere Teil der äußeren Augenhaut, der beim Sehen vor allem für die Lichtbrechung und die Fokussierung zuständig ist“, erklärt Che Connon, Professor für Tissue Engineering an der Newcastle University in Großbritannien.
Rund 15 Millionen Menschen betroffen
Infektiöse Augenerkrankungen wie ein Trachom können die Hornhaut erblinden lassen. Die einzige Chance, das Augenlicht noch zu retten, ist dann die Hornhaut-Transplantation. „Weltweit warten rund zehn Millionen Menschen auf einen entsprechenden Eingriff, der sie vor kornealer Blindheit bewahrt“, betont Connon. „Hinzu kommen knapp fünf Millionen Personen, die nach einer Verbrennung, einem Laser-Eingriff oder verschiedenen Krankheiten aufgrund kornealer Vernarbungen an einem totalen Sehverlust leiden.“ Doch Augenspender sind rar geworden. Eine Ursache dafür ist der Siegeszug der Augenkorrekturen mit Hilfe von Laserlicht: Eine mit Laser korrigierte Hornhaut kann nach dem Tod nicht mehr gespendet werden.
Einzigartiges Gel hält Stammzellen am Leben
Nun machen die Forscher um Connon diesen sehbeeinträchtigen Menschen neue Hoffnung: Ihnen ist gelungen, mit einem einfachen 3D-Drucker eine funktionstüchtige Hornhaut herzustellen. Die Wissenschaftler haben für ihr bahnbrechendes Experiment Stammzellen einer gesunden menschlichen Spenderhornhaut mit Alginat, ein Stoff, der aus Algen gewonnen wird, und Kollagen, das sind Eiweißstoffe des Bindegewebes, zu einer druckfähigen Lösung vermischt. „Viele Teams haben weltweit daran gearbeitet, die ideale Bio-Masse zu finden, die diesen Prozess ermöglicht“, erläutert Forschungsleiter Che Connon. „Unser einzigartiges Gel hält die Stammzellen am Leben, während ein Material produziert wird, das steif genug ist, damit es in Form bleibt und weich genug, damit es durch die Düsen des 3D-Druckers gequetscht werden kann.“ Das neue Verfahren soll dafür sorgen, dass der Mangel an transplantationsfähigen Hornhäuten beseitigt wird.
In zehn Minuten gedruckt
Beim Drucken rotiert der Druckerkopf konzentrisch im Kreis und aus der Biotinte entsteht in weniger als zehn Minuten eine maßgeschneiderte Hornhaut. Dafür haben die Forscher die Augen von Patienten millimetergenau gescannt und vermessen. Und die gesammelten Daten an den Drucker weitergeleitet. „Unsere 3D-gedruckten Hornhäute müssen nun weiteren Tests unterzogen werden und es wird noch einige Jahre dauern, bis wir tatsächlich die Möglichkeit haben werden, sie für Transplantationen zu nutzen“, räumt Connon ein. „Was wir jedoch gezeigt haben, ist, dass es möglich ist, Hornhäute mit Koordinaten zu drucken, die von einem Patientenauge aufgenommen wurden, und dass dieser Ansatz das Potenzial hat, den weltweiten Mangel zu bekämpfen.“
Die Wissenschaftler um Connon haben die Ergebnisse ihrer Experimente vor wenigen Tagen im Fachjournal Experimental Eye publiziert. „Dies baut auf unseren früheren Arbeiten auf, bei denen wir Zellen innerhalb eines ähnlichen Hydrogels wochenlang bei Raumtemperatur am Leben hielten“, beschreibt Connon den Werdegang der Forschung hin zur Biotinte. „Jetzt haben wir eine gebrauchsfähige Biotinte, die Stammzellen enthält, die es den Benutzern ermöglichen, Gewebe zu drucken, ohne sich um das separate Züchten der Zellen kümmern zu müssen.“ Das Ergebnis kann sich sehen lassen: Eine transplantationsfähge Hornhaut, die Millionen Patienten auf ein Ende der Finsternis hoffen lässt.
Spanisches Forscherteam hat menschliche Haut gedruckt
Das Drucken von menschlichen Implantaten und die Konstruktion von Prothesen machen rasante Fortschritte. So haben spanische Forscher vor wenigen Monaten erstmals menschliche Haut mit einem 3D-Drucker hergestellt. Und ein Tüftler aus Großbritannien hat vor gut zwei Jahren – ganz ohne Drucker – im Rahmen seiner Doktorarbeit eine künstliche Augenlinse mit Flüssigkristallen, die auch in Flachbildschirmen, Tablets oder Smartphones verbaut werden, als Ersatz für die Lesebrille präsentiert.
Von Detlef Stoller
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