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Bioprinting 3D Druck Menschlicher Organe - Referat
INHALT:
1. Warum habe ich dieses Thema gewählt
2. Wie funktioniert Bioprinting
3. Geschichte des Bioprintings
4. Zukunft und Realität
5. Nahrungsmittelherstellung mittels Bioprinting
6. Vor- und Nachteile von Bioprinting
7. Anwendungsbereiche in der Medizin
WARUM HABE ICH DIESES THEMA GEWÄHLT?
Lange Zeit wusste ich nicht welches Thema ich verwenden sollte. Ich recherchierte im Internet nach möglichen Themen und dort fand ich Bioprinting. Es faszinierte mich sofort. Ich interessiere mich generell auch sehr für die Humanmedizin aber auch für Technik also finde ich, dass es das perfekte Thema für mich ist.
WIE FUNKTIONIERT BIOPRINTING?
Bioprinting ist dem normalen 3D-Druck sehr ähnlich. Doch zunächst einmal: Was ist 3D-Druck eigentlich? 3D-Drucker arbeiten mit einer speziellen Tinte. Diese Tinte wird zusammengemischt mit einem Pulver und zweidimensional aufgetragen. So entsteht dann Schicht für Schicht ein dreidimensionales Gebilde. Der einzige gravierende Unterschied ist es jedoch, dass statt der regulären Materialien wie Plastik eine sogenannte Biotinte, im Englischen auch Bionik genannt, verwendet wird. Diese Biotinte besteht aus menschlichen Zellen und Biopolymeren. Biopolymere sind menschliche Grundbausteine wie Proteine oder Polysaccharide (Mehrfachzucker). Diese Kombination ermöglicht es dem 3D-Drucker lebensfähiges Gewebe zu drucken. Im Grunde arbeitet der 3D-Drucker ganz normal. Als Vorlage nimmt der Drucker eine CT bzw. MRT Aufnahme. Nach dieser Vorlage trägt der Drucker Schicht für Schicht die Biotinte auf. So entsteht dann in nur wenigen Stunden ein ganzes lebensfähiges Organ oder auch Knochen und Muskel- bzw. Hautgewebe welche denen des Patienten 1 zu 1 gleichen. Da dieses Gewebe aus den Zellen und Biopolymeren des Patienten bestehen, ist es nicht möglich, dass der Körper des Patienten das neue Gewebe abstößt, wie es bei einer herkömmlichen Transplantation möglich ist. Diese Technologie kann in Zukunft in vielen Bereichen eingesetzt werden. Zum Beispiel in der Transplantationsmedizin.
Medizinischer 3D-Drucker der Marke BIOX.
GESCHICHTE DES BIOPRINTINGS
Der herkömmliche 3D-Druck ist nichts neu Erfundenes. Bereits in den 1980er wurden die ersten Schritte des 3D-Druckes gemacht. Im Jahr 1984 meldete der Erfinder und Ingenieur Chuck Hull das Patent für den 3D-Druck an. Dies war die Geburt des additiven Druckverfahrens und bildete auch die Basis für das heutige 3D-Bioprinting. Die ersten Schritte im Bioprinting wurden dann 1988 gemacht, als der Mediziner Robert J. Klebe einen Drucker verwendete, um mit Zellen zu drucken. Dies war der Anfang einer langen Reise. Neue Technologien und Techniken wurden entwickelt, und Bioprinting faszinierte hunderte Mediziner und Ingenieure. Heute wird in Bioprinting so viel geforscht wie noch nie zuvor, und bereits in einigen Jahren wird es möglich sein ganze Organe zu drucken.
ZUKUNFT UND REALITÄT
Allein in Deutschland stehen 9.000 Menschen auf der Warteliste für ein Spenderorgan. Zur wachsenden Nachfrage auf ein Organ kommt aber ein schrumpfendes Angebot. 2019 gab es nur 932 Spenden nach einem Hirntod. Das bedeutet, dass etwa alle 8 Stunden ein Mensch stirbt, weil er kein passendes oder gar kein Spenderorgan bekommt. Hoffnung diese Lücke zu schließen, bietet die additive Fertigung von Gewebe. Heute ist es allerdings noch nicht möglich ganze Organe zu drucken. Implantate, Prothesen und viele andere Teile aus Kunststoff, Keramik oder Metall werden allerdings schon heute additiv gefertigt. Ein wesentliches Problem ist zum Beispiel die Herstellung von funktionsfähigen Blutgefäßen oder auch die Herstellung von Organen, welche aus mehreren Gewebetypen bestehen.
NAHRUNGSMITTELHERSTELLUNG MITTELS BIOPRINTINGS
Bioprinter können auch in der Lebensmittelindustrie eingesetzt werden, um zum Beispiel Fleisch zu erzeugen. Die US-amerikanische Fast-Food-Kette KFC arbeitet laut eigenen Angaben sogar gerade an durch 3D-Druck hergestellten Chicken Nuggets. Jedoch gibt es noch kein kommerziell erhältliches Stück Fleisch da sich die Kosten für ein einziges Stück auf etwa 50.000 Euro belaufen. In Zukunft könnte dies aber Realität werden. Ein großes Problem wäre allerdings dennoch das Produkt an die Konsumenten zu bringen denn vielen ist allein die Vorstellung eines ,,Künstlichen Fleisches“ nicht ganz geheuer. Man könnte der Schlachtung und der Massentierhaltung dadurch aber ein Ende setzen.
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VOR UND NACHTEILE VON BIOPRINTING
Bioprinting wird in der Medizin noch rein experimentell angewandt. Dennoch wird es in ein eigenen Jahren möglich sein, ganze Organe, Knochen und andere Gewebearten zu drucken und zu implantieren. Aber was sind die Vor- und Nachteile?
VORTEILE:
• Oft wartet ein Patient Monate bzw. Jahre auf ein neues Organ. Mit Bioprinting würden Organe binnen weniger Stunden gedruckt werden können.
• Bei einer regulären Transplantation können nur Organe gespendet werden, wenn der Spender und der Empfänger dieselbe Blutgruppe haben bzw. kompatibel sind und bestimmte HLA-Antigene (Gewebemerkmale in den Chromosomen) gemeinsam haben. Ist dies der Fall besteht trotzdem eine Möglichkeit das der Körper des Empfängers das Organ abstößt. Bei einem Organ, das aus den Zellen und Biopolymeren des Patienten gedruckt wurde, ist es nicht möglich das der Körper das Organ abstößt.
• Alle acht Stunden stirbt ein Mensch aufgrund eines fehlenden Spenderorgans. Mit der additiven Fertigung von Organen würde man diese Zahl minimieren.
Zusammen gefasst ist diese Technologie also schneller, praktischer und viel sicherer als eine ,,normale“ Transplantation, bei der von einem anderen Menschen ein Organ entnommen wird. Dennoch bringt sie wie jede Technologie auch große Kosten mit sich.
Also hier die Nachteile:
• Die Preise für so ein Organ währen enorm. Wer bezahlt es? Versicherungen oder gar der Patient selbst?
• Viele Menschen wollen kein Organ das künstlich erzeugt wurde.
• Es muss noch lange geforscht werden, bis diese Technologie die heutige Transplantationsmedizin verringern bzw. ersetzen kann.
ANWENDUNGSBEREICHE IN DER MEDIZIN
Bioprinting bringt eine Vielzahl von Möglichkeiten mit sich. Besonders in der Medizin kann diese Technologie in vielen Gebieten eingesetzt werden, wie zum Beispiel in der Transplantationsmedizin. Aber auch für die Ausbildung kann Bioprinting sehr wertvoll werden. Man könnte, bzw. in gewissen Bereichen tut man es schon, Gewebe drucken und Medizinstudenten oder Assistenzärzten daran üben lassen. Man kann ihnen so eine viel bessere Übungsmöglichkeit geben, indem sie anstatt an einer Plastikhaut an einem originalgetreuen Produkt aus dem 3D–Drucker üben können. Eine andere Form wie man sich Bioprinting zu nutzen machen würde wäre die Vorbereitung auf komplizierte Operationen wie zum Beispiel ein Aorten Aneurysma. Man nimmt ein CT bzw. ein MRT des Patienten auf und kann so 1 zu 1 das Gefäß bzw. das Organ drucken und die Chirurgen und das Operationsteam darauf vorbereiten.
ANWENDUNGSBEREICHE IM KOMMERZIELLEN SINNE
Bioprinting könnte man in Zukunft auch für die Herstellung von Lebensmitteln verwenden. Die Massentierhaltung könnte man so massiv verringern. Auch die Überfischung des Meeres könnte man dadurch auch verringern bzw. sogar komplett stoppen. Man druckt einfach die Lebensmittel, die man braucht, dies ist aber eher noch Zukunftsmusik. Dennoch ist es möglich, dass es bereits in einigen Jahren oder Jahrzehnten in Supermärkten Lebensmittel gibt, die durch additive Fertigung erzeugt wurden. Laut Angaben einiger Hersteller ist es Forschungsteams heute schon gelungen genießbares Fleisch herzustellen. Wie schon gesagt ist es allerdings ein großes Problem diese Ware an den Konsumenten zu bringen
QUELLENANGABE
https://www.medica.de/de/News/Thema_des_Monats/%C3%84ltere_Themen_des_Monats/Themen_des_Monats_2020/Bioprinting/Gedrucktes_Leben_%E2%80%93_M%C3%B6glichkeiten_und_Grenzen_von_Bioprinting
https://das-immunsystem.de/fuer-jedermann/organtransplantation/spender-und-empfaenger/
https://www.derstandard.at/story/2000120588793/drucken-wir-in-zukunft-unsere-eigenen-organe
https://www.upmbiomedicals.com/for-life-science/life-science-applications/what-is-3d-bioprinting/?gclid=EAIaIQobChMI5vaR1-6t8wIV1eR3Ch3h1QdcEAAYASAAEgIkEPD_BwE
https://www.aerztezeitung.de/Politik/So-viele-Organe-werden-gespendet-und-benoetigt-416355.html
https://www.organspende-info.de/zahlen-und-fakten/statistiken.html
https://shop.upmbiochemicals.com/
https://www.3d-grenzenlos.de/magazin/thema/medizin-3d-drucker/
https://medizin-und-technik.industrie.de/themen/3d-druck/
https://www.jku.at/medizinische-fakultaet/organisation/zentrale-dienste/zentrum-fuer-medizinische-forschung/
https://fluicell.com/biopixlar-3d-single-cell-bioprinting/?gclid=EAIaIQobChMIsPmrsoqh8wIVSdiyCh3MhQa3EAAYAiAAEgIVKvD_Bw
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