Es dauert keine zwei Minuten, bis die künstliche Babyherzklappe fertig ist. Die Chemikerin Ute Schepers öffnet den 3D-Drucker – ein schickes Gerät mit Touchscreen, etwas größer als ein Mineralwasserkasten – und schnappt sich das winzige Teil mit einer Pinzette. Die Herzklappe ist nicht einmal fingernagelgroß und erinnert auf den ersten Blick eher an verklumpten Flüssigkleber als an ein Ersatzteil für den menschlichen Körper. Erst bei genauerer Betrachtung erkennt man feine Strukturen, die offensichtlich nicht zufällig entstanden sind.

Eine Lupe würde zwei bewegliche Segel offenbaren, die während des Pumpvorgangs wie ein Ventil arbeiten sollen. »Sie sind so klein, dass man sie schnell verliert«, gesteht Schepers. Ich darf die Klappe trotzdem vorsichtig in die Hand nehmen – und ja, das Ding fühlt sich irgendwie knorpelig an. Die richtige Beschaffenheit des Materials ist wichtig, damit die Herzklappe wirklich eines Tages in den Körper eines Kleinkinds eingesetzt werden kann.

Dieses ambitionierte Ziel passt gut zum Motto des Gebäudes, in dem wir uns befinden: »Forschung von heute in Anwendungen von morgen überführen. Gemeinsam.« Willkommen im ZEISS Innovation Hub am Campus Nord des Karlsruher Instituts für Technologie, kurz KIT. In dem modernen, mehrgeschossigen Quader sind Labore für Forschung und Entwicklung, Büros, Besprechungszimmer und Co-Working Bereiche untergebracht. Große Fensterflächen sorgen für eine helle, freundliche Atmosphäre. Im dritten Stock feilen mehrere Start-ups an ihren Zukunftsideen. Auch Schepers Arbeitsgruppe »Chemische Biologie« hat hier Labore bekommen, um Gesundheitstechnologien von morgen zu entwickeln.

Drei Stunden zuvor am Institut für Funktionelle Grenzflächen: Das Gebäude ist gleichermaßen modern, kaum fünf Jahre alt. Auf vier Etagen forschen mehrere Teams an neuartigen biologischen und chemischen Systemen. In der zweiten ist der Großteil der Labore von Schepers Arbeitsgruppe untergebracht. Hier entwickeln Forschende in gedämpftem Licht biologische Tinten und Prototypen für hoch spezialisierte 3D-Biodrucker. Es gibt Bildschirme, Inkubatoren, Kühlschränke und sterile Arbeitsplätze für Zellexperimente. Eingerahmt wird das Ganze von Kabeln, Schläuchen und Sensoren.

In einem schwarzen futuristischen Kasten – einem 3D-Drucker – leuchtet ein Laser. Auf der Front informiert ein animiertes Display über den Druckvorgang. »Building Ideas« steht auf der Seite des Geräts. »Aufpassen, nicht direkt in den Laser schauen«, warnt eine Mitarbeiterin. Das könnte den Augen schaden.

Von zielgerichteten Medikamenten zu gedruckten Organen

In einem gläsernen Seminarraum erzählt mir Schepers etwas über die Hintergründe ihrer Arbeit. Die ursprüngliche Fragestellung sei nicht gewesen, wie man künstliche Organe mittels 3D-Druck herstellt, sondern: »Wie bekommen wir Wirkstoffe an eine spezifische Stelle im Körper?« In der Regel gelangen die Moleküle eines Medikaments über den Darm in den gesamten Blutkreislauf. Es wäre aber sinnvoller, wenn sie genau dorthin wanderten, wo das »Problem« liegt – zum Beispiel zu Krebszellen in der Leber oder ins Gehirn. »Das ist wirkungsvoller und würde auch die Gesamtbelastung im Körper senken«, erklärt Schepers die Vorteile eines solchen gezielten Angriffs. Bereits vor rund 20 Jahren – zu jener Zeit noch an der Universität Bonn – hat sie begonnen, diese Strategie zu entwickeln und an Zellen zu testen.

Notwendig dafür sind sogenannte Transportmoleküle, die den Wirkstoff binden und nur in einem ganz bestimmten Organ freisetzen. Das gelingt, indem man die Zusammenstellung der Molekülbausteine variiert – sie sind unterschiedlich stark fett- oder wasserlöslich. Die Chemikerin zeigt Bilder von Experimenten an Zebrafischlarven: Man sieht leuchtende Punkte in den durchscheinenden Körpern. »Wir haben Fluoreszenzmarker an die Moleküle gehängt. Damit können wir zeigen, dass sie zum Beispiel nur in die Leber, andere nur ins Herz oder die Lunge transportiert werden.« 

Zebrafische entwickeln sich extrem schnell, und ihre Larven sind durchsichtig. Aus diesen Gründen sind sie für die biologische Forschung ideale Modellorganismen. Mehrere Tausend Moleküle etwa an Mäusen zu testen – das wäre schier unmöglich und aus ethischen Gründen nicht vertretbar. Wenn ein gezielter Medikamententransport in den Fischlarven gelingt, bedeutet das aber noch lange nicht, dass es auch im Menschen funktioniert. Heißt: Weitere Forschungsarbeit ist notwendig, da man heute auch weiß, dass nicht alle Menschen gleich sind. Allerdings dürfen entsprechende Versuche nicht an menschlichen Probanden durchgeführt werden.

»Am KIT gibt es viele gute Ingenieure«, sagt Schepers. Und als sie 2009 hierher wechselte, hätten die ihr relativ schnell ein menschliches Blutgefäßsystem nachgebaut, erzählt die Forscherin, während sie einen Prototyp auf dem Bildschirm einblendet: ein transparentes Bauteil mit einem Kanal, der von einer Kante zur anderen führt. Viel mehr erkennt der Laie nicht. Schepers erklärt: »Wir haben einen Einlass und einen Auslass, sodass Blut hindurchfließen kann. Das Innere kleiden wir mit Blutgefäßzellen aus. Und da das Material porös ist, kann der Wirkstoff aus dem Blut austreten.«

Zu jener Zeit kam der 3D-Druck auf (siehe »Die vier Arten des Bioprintings«). Warum also nicht einfach noch ein miniaturisiertes Organ auf das künstliche Blutgefäß drucken und schauen, ob der Wirkstoff eindringt? In Fachkreisen heißt ein solches System »Organ-on-a-chip« – also wenige Zentimeter große Mikrochips mit winzigen Kanälen und lebenden menschlichen Zellen. In den Chip können Sensoren und Elektroden integriert sein, die zum Beispiel die elektrische Aktivität von Zellen, die Sauerstoffkonzentration oder Stoffwechselprodukte messen.

• Die vier Arten des Bioprintings

• Extrusions-Bioprinting: der robuste Standard
  Eine zähflüssige Biotinte, die lebende Zellen enthält, wird kontinuierlich durch eine feine Düse gepresst. Schicht für Schicht entsteht so ein dreidimensionales Gewebe. Das Verfahren ist vergleichsweise schonend für Zellen und äußerst vielseitig: unterschiedliche Materialien, hohe Zelldichten und mehrere Zelltypen lassen sich gut kombinieren. Die Kehrseite ist die begrenzte räumliche Auflösung. Trotzdem ist dieser Ansatz heute der am meisten verwendete. Erste Anwendungen gehen von einfachen Hautmodellen bis hin zu komplexeren Knorpelgeweben.
• Inkjet-Bioprinting: präzise, jedoch limitiert
  Die Biotinte wird tröpfchenweise aufgetragen, ähnlich wie bei einem Tintenstrahldrucker. Das erlaubt eine hohe Präzision und schnelle Druckvorgänge. Eine Variante nutzt ein winziges Heizelement, das kurzzeitig eine Dampfblase erzeugt. Diese Blase drückt einen Tropfen Tinte aus der Düse heraus. Allerdings funktioniert der Prozess nur mit sehr dünnflüssigen Tinten, was Materialauswahl und Zelldichte stark einschränkt. Das Inkjet-Bioprinting kommt daher vor allem bei einfachen Gewebeschichten und in der Wirkstoffforschung zum Einsatz.
• Laserassistiertes Bioprinting: hochgenau, aber technisch anspruchsvoll
  Kurze Laserimpulse übertragen winzige Mengen zellhaltigen Materials präzise auf ein Trägermaterial. Möglich wird das durch einen mehrschichtigen Aufbau: Über der Biotinte liegt eine dünne Absorptionsschicht, auf die der Laser fokussiert wird. Das Laserlicht erhitzt punktuell diese Schicht, wodurch sich darunter eine mikroskopisch kleine Gasblase bildet. Sie wirkt wie ein winziger Kolben und drückt das darunterliegende Zellmaterial gezielt auf das Trägermaterial. Da das Verfahren ohne Düse auskommt, treten keine Verstopfungen auf, und selbst empfindliche Zellen lassen sich sehr exakt platzieren. Diese hohe Präzision macht den Ansatz besonders für anspruchsvolle Anwendungen interessant, etwa in der Gewebemodellierung oder der Grundlagenforschung. Die hohe technische Komplexität und die Kosten begrenzen bislang jedoch einen breiteren Einsatz.
• Lichtbasiertes Bioprinting: mit Licht formen
  Lichtbasierte Verfahren nutzen fokussiertes Licht, um eine flüssige, lichtempfindliche Biotinte schichtweise an den gewünschten Stellen auszuhärten. Der Lichtstrahl wird durch Spiegel gelenkt. Die belichteten Stellen der Tinte vernetzen sich und werden fest. Damit lassen sich besonders formstabile und hochaufgelöste Strukturen erzeigen. Gleichzeitig ist die Materialauswahl begrenzt, und die eingesetzten Photoinitiatoren können Zellen belasten. Diese Methode eignet sich daher vor allem dort, wo besonders die geometrische Präzision eine Rolle spielt – etwa bei Herzklappen.

Biologisches Gewebe inklusive lebender Zellen zu drucken, ist allerdings erheblich komplizierter als beliebige Kunststoffteile. Dazu braucht es spezielle 3D-Biotinten. Sie sollen besondere mechanische und biologische Anforderungen erfüllen, die denen des echten Gewebes entsprechen. Darüber hinaus sind die Zellen in die Tinte eingebettet und werden von ihr gestützt, damit sie an ihrem Platz bleiben. In der Natur übernehmen das Proteine wie beispielsweise Kollagen oder Zuckermoleküle, wie die Hyaluronsäuren, die eine gelartige, wasserbindende Grundsubstanz bilden und so mechanische Stabilität gewährleisten. Diese extrazelluläre Matrix ist durchlässig, sodass die Zellen wachsen und mit Nährstoffen versorgt werden können.

Vor mehr als zehn Jahren fing Schepers also an, nach Materialien zu suchen, die den Zellen als Gerüst dienen und sich für den 3D-Druck eignen. Inzwischen nutzt ihre Gruppe verschiedene Kandidaten an Biotinten. Zum Beispiel hat sie zusammen mit der Industrie eine kollagenähnliche Substanz entwickelt, die von Bakterien hergestellt wird. »Sie ist vegan«, betont die Forscherin – anders als Gelatine, die bislang den Zellen häufig als Gerüstmaterial diente und von Tieren stammt. »Das Kollagen der Bakterien hat ziemlich gute biochemische und mechanische Eigenschaften«, so Schepers. Wenn sich damit künstliches Gewebe für Experimente drucken lässt, dann liegt der Gedanke nahe, dass es vielleicht auch als Ersatzteil für den menschlichen Körper dienen kann – etwa als Herzklappe.

Hornhaut, ins Auge gedruckt

Und da die Biotinte aus Kollagen durchsichtig ist, kam rasch eine weitere Idee auf: Wieso nicht die Hornhaut des Auges damit ersetzen? Wenn sich die Cornea, wie die Hornhaut fachsprachlich heißt, verformt oder trübt, sieht man deutlich schlechter – eine typische Alterserscheinung. »Weltweit gibt es einen sehr hohen Bedarf an Cornea-Transplantaten, der kaum gedeckt werden kann«, sagt Schepers. In vielen Fällen müsse man aber nicht die ganze Hornhaut ersetzen, sondern könne mit einem Laser die beschädigten Bereiche abschleifen. Die dadurch entstehenden Lücken werden bislang mit einem chemischen Klebemittel gefüllt, das die Struktur zwar zusammenhält und sie vor weiterem Verfall schützt, aber die Sicht verschlechtert.

»Unser Plan ist, die mit Stammzellen angereicherte Biotinte als drei bis vier Millimeter große Stücke direkt ins Auge einzudrucken – quasi als fertige Hornhaut«, erklärt Schepers. Langfristig könnte die künstliche Hornhaut sogar die herkömmliche Transplantation einer vollständigen Cornea ersetzen. Dabei könnte sie bereits während der Operation angefertigt werden, so die Idee.

»Unser Plan ist, die mit Stammzellen angereicherte Biotinte als drei bis vier Millimeter große Stücke direkt ins Auge einzudrucken«Ute Schepers, Biochemikerin

Künftig will das Team noch viele weitere Materialien entwickeln, die sozusagen für den Druck der Ersatzteile infrage kommen – beispielsweise für Haarfollikel, die sich bei Haarverlust einfach auf die Kopfhaut drucken lassen. Idealerweise würden dann sechs Wochen später die Haare wieder sprießen. Bei den winzigen Follikeln handelt es sich bereits um hochkomplexe Strukturen, die aus mehreren Komponenten bestehen. Erst ihr Zusammenspiel ermöglicht, dass Haare wachsen und gesund bleiben. Daran lässt sich erahnen, wie viel komplizierter erst die Herstellung eines gesamten Organs sein muss. »Jedes Gewebe braucht eine andere Umgebung, eine andere Stützmatrix, damit es weiterwächst«, erklärt Schepers. Entsprechend suchen sie und ihr Team fieberhaft nach neuen, innovativen Materialien. Das geschieht aber nicht wie früher, indem ein Laborant Chemikalien zusammenmischt. Stattdessen entstehen am KIT sogenannte Self-Driving Labs, also weitgehend automatisierte Labore, in denen Experimente von Maschinen geplant und durchgeführt werden.

Der Fußmarsch dorthin dauert nur ein paar Minuten, also eine vergleichsweise kurze Strecke auf dem KIT-Campus Nord: Vom südlichen bis zum nördlichen Ende misst er fast zwei Kilometer. Rund 10 000 Menschen arbeiten und forschen hier; es gibt eine Betriebsfeuerwehr und einen Hubschrauberlandeplatz – beides direkt neben dem Gebäude, das wir nun betreten. Schepers führt mich in einen vergleichweise großen Laborraum: kein klassisches Bio- oder Chemielabor, eher eine Mischung aus Hightech-Werkstatt, Fertigungs- und Robotikanlage. Die Decke ist nicht verkleidet, sodass Kabeltrassen, Lüftungsrohre, Klimamodule zu sehen sind. Kaltes Licht fällt von langen LED-Leisten auf eine dicht bestückte Landschaft aus Aluminiumprofilen, Roboterarmen, Fließbändern und weiteren technischen Geräten.

Alles ist so angeordnet, dass die Maschinen eigenständig von einem Schritt zum nächsten wechseln können. Dazu gehören das Mischen der Chemikalien, Drucken, Aushärten, Messen, Analysieren und Bewerten. Die Materialproben schweben dabei über magnetische Bahnen von einer Station zur nächsten. Kameras und Displays überwachen sämtliche Schritte, jede Probe wird digital erfasst, charakterisiert und beurteilt. Eine automatisierte Bildgebung analysiert etwa, ob sich Zellen auf den künstlichen Geweben wohlfühlen und sich vermehren. »Eine KI wertet die vielfältigen Daten aus und entscheidet selbstständig, was für ein Experiment sie als Nächstes durchführt«, sagt Schepers. »In der Zukunft macht da kein Mensch mehr irgendwas.« Noch befindet sich das Labor aber im Aufbau.

Für bestimmte Zellversuche – etwa den 3D-Druck mit Stammzellen – sollen die Proben bald sogar autonom in andere Biolabore geliefert werden, darunter das ZEISS Innovation Hub. Zu diesem Zweck plant man, selbstfahrende Wagen sowie Drohnen einzusetzen, die die Proben eigenständig einsammeln und ausliefern. Weil der erwähnte Hubschrauberlandeplatz genau nebenan liegt, müssen dabei geltende Luftverkehrsregeln beachtet werden. So ist ein Drohnenflug in einem bestimmten Umkreis zum Landeplatz verboten. »Wir starten daher hier erstmal mit den selbstfahrenden Transportwagen«, sagt Schepers

»Eine KI wertet die vielfältigen Daten aus und entscheidet selbstständig, was für ein Experiment sie als Nächstes durchführt«Ute Schepers, Biochemikerin

Im Idealfall fungiere das autonome Fahrzeug oder die Drohne nicht nur als einfacher Lieferservice, so Schepers. Stattdessen soll ein Austausch stattfinden: »Der 3D-Drucker sagt zum Beispiel: Ich brauche jetzt diese oder jene Substanz, aber mit dieser oder jener chemischen Gruppe.« Und dann fliegt die Drohne los und gibt die Informationen an die Produktionsstelle weiter. Schließlich packt die Drohne das bestellte Material ein und bringt es wieder zum Drucker.

Materialforschung findet hier also nicht mehr im Maßstab einzelner Experimente statt, sondern als kontinuierlicher, datengestützter Suchprozess. Neue Materialien werden nicht zufällig entdeckt, sondern vielmehr anhand von Wahrscheinlichkeiten und Musteranalysen systematisch entwickelt. Am KIT starte man gerade eine europäische Initiative, um mit solchen autonomen Anlagen neue Anwendungen für die Medizin und Biotechnologie zu entwickeln, erzählt Schepers.

Zu Fuß geht es weiter zum ZEISS Innovation Hub, zu dem auch die Drohne künftig hinfliegen soll. Dort angekommen erläutert mir die Doktorandin Sophia Kunz den Druckvorgang der Babyherzklappe. »Hier ist das Material drin« – sie zeigt auf eine Vertiefung in einer Mikrotiterplatte, in der sich eine zähe Flüssigkeit befindet. »Der Drucker härtet das Material von unten nach oben Schicht für Schicht aus – immer fünf Mikrometer dick –, so wie man es im 3D-Modell vorgegeben hat.« Dort, wo ultraviolettes Licht hinfällt, vernetzen sich die Polymere und werden hart. Auf dem Touchscreen an der Stirnseite des Geräts stellt Kunz die Parameter ein. Am Ende des Druckvorgangs nimmt sie die Mikrotiterplatte heraus und nimmt den Rest an Flüssigkeit ab. In Zukunft soll das mit einem Pipettierroboter erfolgen, damit so viele Schritte wie möglich automatisch ablaufen.

Bei der gedruckten Babyherzklappe handelt es sich um eine Nachbildung der Mitralklappe. Sie ist eine von insgesamt vier Herzklappen des Menschen und eine der zwei Segelklappen, die wie ein Einlassventil fungieren: Die beiden Segel öffnen sich, wenn sich das Herz entspannt, und lassen Blut aus dem Vorhof in die Herzkammer strömen. Bei Kontraktion schließt sich die Klappe, damit das Blut in den Körper und nicht zurück in den Vorhof gepumpt wird. Schließt sie nicht mehr richtig, spricht man von einer Mitralklappeninsuffizienz. Das ist die häufigste Herzklappenerkrankung überhaupt; mehr als jede zehnte Person über 75 Jahre ist davon betroffen. Zu den Symptomen zählen unter anderem Atemnot, eine verminderte Leistungsfähigkeit sowie Herzrasen und -stolpern.

Das Problem wird meist chirurgisch mithilfe von kleinen Klammern behoben. Ist die Mitralklappe jedoch schwerbeschädigt, kann die Transplantation einer Schweinemitralklappe helfen. Allerdings wird ein solcher Eingriff nur selten durchgeführt. »Nach der Entnahme aus dem Schwein ziehen sich die Sehnenfäden, mit denen die Klappen befestigt sind, sofort zurück. Man kann sie daher schlecht annähen«, sagt Schepers. Eine künstliche Klappe könnte Abhilfe schaffen.

Kunz’ Kollege, der Doktorand Rico Hansler, arbeitet daran, die Mitralklappe möglichst naturgetreu nachzubilden. »Man muss sich vorstellen, dass sich die Herzklappe millionenfach im Lauf des Lebens öffnet und schließt«, verdeutlicht er. Entsprechend müsse das Material extrem belastbar sein. Das Ersatzteil besteht – ähnlich wie das Original – aus mehreren fein abgestimmten Schichten, die jeweils unterschiedliche Aufgaben erfüllen. Hansler inspiziert das Objekt und erklärt: »Hier hat man mehrere Schichten, die sich in ihrem Elastin- und Kollagengehalt unterscheiden. Dadurch variiert die Festigkeit der einzelnen Schichten.« In Experimenten testet der Biologe verschiedene Kompositionen und Architekturen.

Bei den Tausenden Babys, die weltweit mit fehlgebildeten Herzklappen zur Welt kommen und bisher als Ersatz eine Schweinemitralklappe eingepflanzt bekommen, gesellt sich zum schwierigen Eingriff noch ein weiteres Problem: Die Kinder müssen immer wieder neu operiert werden, weil das Schweinegewebe nicht mitwächst. Die Herzklappe, die man am KIT entwickelt, soll das hingegen können. Dazu soll sie mit lebenden, patientenspezifischen Zellen besiedelt werden. Nach dem 3D-Druck beginnt dann eine Art »Reifezeit«, in der die Klappe in einer Flüssigkeit liegt, die eine dem Blut ähnliche Nährstoffzusammensetzung hat. Auf diese Weise wird das Implantat schon vor der Operation auf den Einsatz im Körper des Babys vorbereitet. Dort können sich die Zellen dann weiter vermehren und das Implantat mitwachsen lassen. Die gedruckte Mitralklappe wäre dabei nur eine Art Starthilfe, denn die Biotinte soll nach und nach abgebaut und durch eigenes Bindegewebe ersetzt werden. Noch ist das allerdings Zukunftsmusik – Schepers schätzt aber, dass die Herzklappe in fünf bis zehn Jahren einsatzbereit sein könnte.

Ein weiter Weg

Bis wirklich ganze Organe gedruckt werden, dauert es aber aller Voraussicht nach noch erheblich länger. Ein lebendes Organ braucht ein fein verzweigtes Gefäßnetz, in dem nicht nur geometrisch alles passt, sondern das auch biologisch reift, sich an die Adern des Empfängerkörpers anbindet und stabil funktioniert. Die gedruckten Zellen müssen sich organisieren, differenzieren, mechanisch belastbar sein und über viele Jahre hinweg zuverlässig ihre Arbeit verrichten. Zusätzlich ist ein guter Anschluss ans Wirtsgewebe notwendig, etwa was die Nerven betrifft, und Abstoßungsreaktionen müssen verhindert werden.

Das sind alles noch große Herausforderungen, wie Forscherinnen und Forscher um den Chemieingenieur Khaled Sebakhy in einer Bestandsaufnahme von 2025 schreiben. Die Autoren bremsen daher die Euphorie: »Obwohl der 3D-Druck ein immenses Potenzial hat, die personalisierte Medizin und die Organherstellung zu revolutionieren, dämpfen die derzeitigen technologischen, biologischen und wirtschaftlichen Einschränkungen die Erwartungen.«

Tatsächlich könnte das Herz das erste Organ sein, das künstlich hergestellt wird – denn es ist einfacher aufgebaut als die meisten anderen Organe. Erste Erfolgsmeldungen gab es schon. Seit 2022 testet ein Team von der Universitätsmedizin Göttingen, dem Universitätsklinikum Schleswig-Holstein und dem Universitären Herzzentrum in Lübeck, ob im Labor gezüchtetes Gewebe das Herz von Menschen mit schwerer Herzschwäche dauerhaft stärken kann. In einer Pressemitteilung der Universitätsmedizin Göttingen aus dem Jahr 2024 wird über einen Patienten zwei Jahre nach der Implantation berichtet. Das »Herzpflaster« habe seine Herzleistung deutlich verbessert – von ehemals 10 auf 35 Prozent. 2025 stellten die Fachleute ihre Ergebnisse im Journal »Nature« vor. Laut den Autoren kann das biologische Transplantat das Herz bei der Kontraktion und dem Aufbau echter Herzmuskulatur unterstützen. Sie hatten den Eingriff zuvor ausgiebig an Affen getestet.

Doch auch wenn es mit den Organen aus dem 3D-Drucker noch eine Weile dauert, finden die künstlichen Herzklappen vom KIT ihren Weg in die Klinik. Mit den Chirurgen vom Heidelberger Universitätsklinikum sollen diese in einem »Surgical Trainer« – einem Operationssimulator – zu Übungszwecken untersucht werden. Wie in einem normalen Herz fließt hier Blut, und es wird geprüft, ob die Klappe den auftretenden Kräften standhält und ob die Segel zuverlässig öffnen und schließen.

»Die dreidimensionalen Zellzusammenschlüsse bilden den Aufbau und die Funktion der echten Darmschleimhaut sehr realistisch nach«Sophia Kunz, Doktorandin

Und was ist mit der ursprünglichen Vision zielgerichteter Medikamente? Selbstverständlich forscht das Team um Schepers auch weiterhin daran. So entwickelt Sophia Kunz in ihrer Doktorarbeit etwa ein Wirkstofftransportsystem, das sich gezielt an die Darmschleimhaut anheftet: »Man kann sich das ähnlich einem Klettverschluss vorstellen«, sagt sie. Als Modellsystem verwendet Kunz intestinale Organoide, das sind quasi Minidünndärme, die im Labor aus menschlichen Stammzellen hergestellt werden. »Diese dreidimensionalen Zellzusammenschlüsse bilden den Aufbau und die Funktion der echten Darmschleimhaut sehr realistisch nach«, erklärt sie.

Im gesunden Zustand lässt diese Barriere nur bestimmte Stoffe durch und schützt den Körper vor Schadstoffen. Bei entzündlichen Darmerkrankungen wie Morbus Crohn ist sie jedoch geschädigt. Als Folge können giftige Stoffe aus dem Darm in andere Bereiche des Körpers dringen. »Um das gezielt zu untersuchen, stelle ich Organoide her, die die Krankheitsmerkmale imitieren«, sagt Kunz. Auch sie will ihre Experimente in Zukunft automatisieren, um standardisierte Versuche mit hohem Durchsatz zu ermöglichen und so ausreichend aussagekräftige Daten zu gewinnen.

Der Besuch bei Schepers Arbeitsgruppe beweist: Man arbeitet hier wirklich an medizinischen Anwendungen von morgen. Von chemischen Transportmolekülen, zielgerichteten Medikamentengaben über Organe auf einem Chip, gedruckten Herzklappen bis hin zu robotischen, KI-gestützten Experimentieranlagen – all das wird die künftige biotechnologische Forschung und Medizin prägen. Noch sind sie aber vor allem eines: Visionen. Schepers großes Ziel ist, dass sie das nicht mehr lange bleiben.