Maßgeschneiderte Organe: Neues 200‑Millionen‑Dollar‑Programm will patientenspezifische Lebern im 3D‑Druck herstellen
Durch die Umprogrammierung der eigenen Zellen des Patienten zu funktionsfähigem Gewebe zielt dieses mehrjährige Forschungsprogramm darauf ab, die Wartelisten für Organe und den ständigen Bedarf an Abstoßungsmedikamenten endgültig zu beseitigen.
Die Entwicklung einer voll funktionsfähigen, patientenspezifischen Leber für die Transplantation mittels 3D-Bioprinting ist das ultimative Ziel eines gut finanzierten gemeinsamen Forschungsprojekts, an dem fünf US-Universitäten beteiligt sind.
Dieses Projekt ist Teil des vom US-Gesundheitsministerium finanzierten PRINT-Programms (Personalized Regenerative Immunocompetent Nanotechnology Tissue), das darauf abzielt, modernste Bioprinting-Technologien und einen Ansatz der regenerativen Medizin zu nutzen, um personalisierte, bedarfsgerechte Organe wie Nieren, Herzen und Lebern in 3D zu drucken, die keine immunsuppressiven Medikamente benötigen. Mit anderen Worten: „maßgeschneiderte“ Organe, die aus den eigenen Zellen des Patienten gezüchtet werden.
Schluss mit der Warteliste: Wie Bioprinting maßgeschneiderte Organe schafft
„Die Entwicklung universell kompatibler Organe hat es in der Geschichte der Transplantation noch nie gegeben“, sagt Alicia Jackson, Direktorin der PRINT-Kontrollbehörde, der Advanced Research Projects Agency for Health. „Der Druck eines funktionalen und genau kompatiblen menschlichen Organs wird die Möglichkeiten der Transplantationsmedizin grundlegend verändern und unzählige Leben retten. Durch das PRINT-Programm werden die Führungsrolle der USA an den Grenzen der Biotechnologie und der biomedizinischen Innovation stärken.“
Die PRINT-Teams müssen das schaffen, was bisher im Tissue Engineering unmöglich war: ein Organ in menschlicher Größe mit allen Zellen, Blutgefäßen und Gewebematerialien in 3D zu drucken, damit es wie ein Herz funktioniert, Blut filtert und Urin produziert wie eine Niere und den Stoffwechsel aufrechterhält wie eine Leber. Wenn das Projekt erfolgreich ist, werden die technischen Fortschritte und Plattformtechnologien, die durch PRINT geschaffen werden, enorme Auswirkungen auf die Regeneration anderer schwieriger Organe wie der Bauchspeicheldrüse und der Lunge haben.
Leberversagen, eine lebensbedrohliche Erkrankung, fordert jedes Jahr Tausende von Menschenleben, während die Patienten auf Spenderorgane warten. Wenn das Projekt erfolgreich ist, könnte es eine On-Demand-Quelle für funktionsfähiges Lebergewebe für Transplantationen bieten, wodurch jedes Jahr mehr als 12.000 US-Patienten auf der Warteliste gerettet werden könnten. Dadurch könnten auch die Kosten für das Gesundheitswesen gesenkt und die langfristigen Ergebnisse für Menschen mit chronischen Lebererkrankungen verbessert werden.
Jenseits von Lebern: eine Zukunft ohne immunsuppressive Medikamente
Laut dem Studienteilnehmer Allele Biotechnology & Pharmaceuticals, einem in San Diego ansässigen Unternehmen für die Entwicklung und Herstellung von Zelltechnologie, „bietet dieser innovative Ansatz eine sichere und skalierbare Alternative zur herkömmlichen Transplantation, die den Bedarf an Spenderorganen und lebenslangen immunsuppressiven Medikamenten überflüssig macht.“
Allele wird induzierte pluripotente Stammzellen mit seiner patentierten mRNA-Reprogrammierungsmethode in der GMP-Anlage von Allele herstellen, die auf Stammzelltherapien spezialisiert ist. Unter der Leitung des Gründers und Geschäftsführers von Allele, Dr. Jiwu Wang, wird das Allele-Team seine mRNA-Mastergen-Plattform auch zur Erzeugung verschiedener Arten von leberspezifischen Zellen einsetzen und diese schließlich in Mengen von mehreren zehn Milliarden pro Organ herstellen. Bei der mRNA-Umprogrammierung wird synthetische Boten-RNA (mRNA) verwendet, um das Schicksal und die Funktion lebender Zellen zu verändern, indem diese angewiesen werden, spezifische Proteine zu produzieren, die die Identität und das Verhalten der Zellen verändern – die idealen Zelltypen für das Bioprinting.
Das gemeinsame Team für die Leberregeneration wird von Shaochen Chen geleitet, einem Professor an der Jacobs School of Engineering der University of California San Diego und international anerkannten Pionier auf dem Gebiet der 3D-Bioprinting-Forschung und -Technologie.
Das Projekt bringt Experten für Leberbiologie, Bildgebung, Chirurgie und künstliche Intelligenz zusammen.
„Was wir mit PRINT vorhaben, ist außerordentlich schwierig“, sagt Programmleiter Ryan Spitler. „Es erfordert große Fortschritte bei der Zellherstellung, dem Design von Bioreaktoren und der 3D-Drucktechnologie, um Organe zu bauen, die zuverlässig wie echte Organe funktionieren. Wenn uns das gelingt, werden wir den Patienten nicht nur einen schnelleren Zugang zu neuen Organen ermöglichen, sondern auch die Grundlagen der Transplantation selbst verändern. Fortschritte in diesem Programm könnten die Wartezeiten drastisch verkürzen, den Bedarf an lebenslangen immunsuppressiven Medikamenten beseitigen und die Tür zu bioprinted Lösungen für viele andere Organe in der Zukunft öffnen.“
Die 26 Millionen Dollar für Allele und bis zu 176,8 Millionen Dollar für das PRINT-Programm verteilen sich auf die fünfjährige Laufzeit des Projekts.
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