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Mittwoch, 20.09.2017
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Eierstöcke aus dem 3D-Drucker

Mäuse mit künstlichem Ovar bringen gesunden Nachwuchs zur Welt

Hoffnung für unfruchtbare Frauen: Forscher haben künstliche Eierstöcke aus dem 3D-Drucker hergestellt. Mithilfe dieser Bioprothesen konnten sie sogar die Fruchtbarkeit von sterilisierten Mäusen wiederherstellen. Dies gelang, weil das künstliche Gewebe eine hohe Überlebensrate der eingesetzten Eizellen und hormonproduzierender Zellen ermöglichte. Die gute Verträglichkeit des Ovar-Ersatzes sei auf seine besondere Struktur zurückzuführen, berichten die Forscher im Fachmagazin "Nature Communications".
Künstliche Eierstöcke können die Fruchtbarkeit von sterilisierten Mäusen wiederherstellen.

Künstliche Eierstöcke können die Fruchtbarkeit von sterilisierten Mäusen wiederherstellen.

Schon lange ist der 3D Druck in der Medizin angekommen. Neben Zahnersatz oder künstlichen Hüftgelenken sind unter anderem medizinische Silikonimplantate in der Entwicklung - und sogar funktionsfähige, menschliche Haut haben Forscher bereits mittels 3D-Druckverfahren hergestellt. Mediziner um Monica Laronda von der Northwestern University in Illinois haben nun eine Studie zu einer weiteren medizinischen Anwendung veröffentlicht: Sie stellten mithilfe der Technologie Eierstöcke her, bestückten sie mit unreifen Eizellen und implantierten sie sterilisierten Mäusen.

Biologisch verträgliche "Tinte"


Als "Tinte" verwendeten die Forscher Gelatine - ein Material, das für den Einsatz im menschlichen Körper unbedenklich ist. Die Ansprüche an die Eigenschaften der Tinte waren dabei hoch: Für den Druckvorgang musste es flüssig sein. Im fertigen Zustand sollte es hingegen einerseits fest genug sein, um es operativ handhaben zu können - andererseits porös genug, damit es auf natürliche Art vom Körpergewebe angenommen und von Blutgefäßen durchwachsen werden kann.

"Die meisten Hydrogele sind sehr fragil, da sie größtenteils aus Wasser bestehen. Deshalb fallen daraus geformte Strukturen oft zusammen", erklärt Larondas Kollegin Ramille Shah das Problem. "Aber wir haben eine Temperatur zur Verarbeitung der Tinte gefunden, bei der die Gelatine stabil ist, nicht zusammenfällt und zum Aufbau von mehreren Materialschichten genutzt werden kann."


Je nach Winkel zwischen den Gewebefasern des künstlichen Eierstocks besetzen Follikel eher Ecken (30 und 60 Grad) oder Kanten (90 Grad) der Poren.

Je nach Winkel zwischen den Gewebefasern des künstlichen Eierstocks besetzen Follikel eher Ecken (30 und 60 Grad) oder Kanten (90 Grad) der Poren.

Gewebestruktur bestimmt Überleben


Zeugungsunfähige Mäuse durch das Einsetzen von Eizellen oder künstlichen Eierstöcken wieder fruchtbar zu machen ist nichts Neues. Laronda und ihre Kollegen aber sind die Ersten, die dafür die 3D-Drucktechnik eingesetzt haben. Dabei stellten sie fest, dass es von großer Bedeutung ist, in welchem Winkel die Gewebefasern der einzelnen Schichten zueinander aufgetragen werden.

So waren die Überlebenschancen von eingesetzten Eizellen besonders hoch, wenn der Winkel zwischen den Gewebesträngen 30 oder 60 Grad betrug. Dann setzten sich die Zellen vorwiegend in die Ecken der Poren zwischen den Fasern. Bei einem 90-Grad Muster war die Überlebensrate der Eizellen, die dann vermehrt an den Kanten der quadratischen Poren saßen, hingegen deutlich kleiner.

Eigene Nachkommen


Eine optimierte Gewebestruktur mit der richtigen Porengeometrie und Größe erleichtert Körperzellen die Besiedlung des künstlichen Eierstocks. Nur wenn diese Besiedlung gelingt, können sich an den künstlichen Eierstöcken Blutgefäße ausbilden, die natürliche Hormonproduktion in Gang gesetzt werden und Eizellen erfolgreich heranreifen. Nager, bei denen dies klappte, brachten später eigene Nachkommen zur Welt und produzierten sogar Muttermilch, wie das Team berichtet.

"Dies ist die erste Studie, die demonstriert, dass die Feinstruktur von künstlichen Eierstöcken einen Unterschied für das Überleben der Ovarialfollikel macht", berichtet Shah. Der Vorteil der 3D-Drucktechnik sei dabei, dass sich die Geometrien der einzelnen Schichten bei diesem Verfahren gezielt kontrollieren lassen.

Von Mäusen zu Menschen?


Das große Zukunftsziel des Teams ist, die künstlichen Eierstöcke auch für menschliche Patientinnen zu realisieren, die zum Beispiel nach einer Krebserkrankung unfruchtbar geworden sind. Doch bis dahin ist es noch ein weiter Weg. Denn die Ergebnisse aus den Labortests mit Mäusen lassen sich nicht einfach so auf den Menschen übertragen. Allein wegen der größeren menschlichen Eizellen müsse die Struktur und Porosität der gedruckten Gewebe von Grund auf angepasst werden, räumen die Forscher ein. (Nature Communications, 2017; doi: 10.1038/NCOMMS15261)
(Northwestern University, Illinois , 17.05.2017 - CLU)
 
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