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Experiment: Schwanger mit 3D gedruckten Eierstock-Prothesen

Nick Stockton 18.05.2017

Für Frauen, die wegen beschädigter Eierstöcke nicht schwanger werden können, gibt ein erfolgreiches Experiment Hoffnung: Mäuse sind mit Hilfe 3D gedruckter künstlicher Eierstöcke Mutter geworden.

Nicht alle Mädchen werden später zu Müttern. Manchmal entscheiden sie sich dagegen, und manchmal nehmen die biologischen Umstände ihnen diese Entscheidungsfreiheit. Zahlreiche genetische Krankheiten oder Krebs können die Eierstöcke einer Frau beschädigen. Oder Strahlenbehandlungen – eingesetzt, um das Leben einer Frau zu retten – können diese Eizellen produzierenden Organe funktionsunfähig machen. Eierstöcke sind auch dafür zuständig, weibliche Hormone zu erzeugen. Fehlen sie, kann es sein, dass junge Mädchen nie ihre Pubertät erreichen, und bei Frauen kann schon früher als sonst die Menopause einsetzen.

Ein Team von Bioingenieuren hat nun eine mögliche Lösung des Problems vorgestellt: Eierstöcke aus dem 3D-Drucker. Das Beweisexperiment – veröffentlicht im Journal Nature Communications – funktioniert bislang nur an Mäusen. Bald könnten sie aber auch die an die Gebärmutter angrenzenden kastaniengroßen Organe beim Menschen ersetzen.

In den Eierstöcken reifen Eizellen in Follikeln heran, umgeben von Östrogen und anderen wichtigen Hormonen. „Die Aufgabe der Eierstöcke ist es, diese Follikel jeden Monat zu Eiern auszureifen“, sagt Theresa Woodruff, Co-Autorin der Studie und Reproduktionswissenschaftlerin an der Northwestern University in Chicago.

Um die Funktion von Eierstöcken zu reproduzieren, mussten ihr Team und sie zunächst die genaue Form nachzuahmen versuchen. „Man denkt vom Skelett meistens, das es im Zentrum des Körpers die Aufgabe hat, dem Muskelfleisch eine Basis zu geben“, sagt Woodruff. „Interessanterweise hat jedoch jedes Organ eine Hülle, die hart genug ist, um es zu stützen.“ Die entsprechende Organhülle eines Eierstocks schauten sich die Reproduktionswissenschaftlerin und ihr Team unter dem Mikroskop an und sahen, dass sie eine Gitterstruktur hat.

„Der nächste Schritt war dann, Eierstockgewebe als Tinte zu benutzen“, sagt Woodruff. Gewebe als Tinte? Das ist so schwierig wie es klingt. Das Gewebe wird dazu so aufgebrochen, dass es sich zu Gelatine verflüssigt. Diese kann man dann in einem Drucker einsetzen, der allerdings genau die richtige Temperatur haben muss: Wenn die Temperatur zu hoch ist, hängt die Struktur durch, wenn es zu kalt ist, klumpt alles.

Rund 30 Grad sind perfekt für die Gewebe-Tinte, fand die Biomedizinerin Alexandra Rutz von der École Des Mines De Saint-Éthienne in Gardanne, Frankreich heraus. Sie war zu dem Zeitpunkt Doktorandin an der Northwestern University. Nun musste es nur noch gelingen, die Gelatine so zu formen, dass dabei in etwa die Gitterstruktur von echten Eierstöcken herauskommen würde. Sie verfuhr nach dem Trial-and-Error-Prinzip und setze den jeweils dabei herausgekommenen Strukturen Follikel ein. Im Idealfall sollten die dann Blutgefäße und Gewebe entwickeln, um die noch unreifen Eizellen am Leben zu halten. Irgendwann gelang das, und das künstliche Organ konnte in einen Körper eingepflanzt werden.

Dieser Körper war ein sehr kleiner: der einer Maus. „In unserem Labor führen wir relativ häufig solche Micro-Operationen durch“, sagt Woodroff. Lupen und sehr kleine Skalpelle seien dafür nötig. So sei es gelungen, neun Mäusen einen Eierstock zu entnehmen und durch 3D-gedruckte Prothesen zu ersetzen. Zwei der neun eingesetzten Prothesen waren Kontrollorgane ohne Follikel und dadurch ohne die Möglichkeit, Eier auszubilden. Als die Mäuseweibchen sich von der Operation erholt hatten, ließen die Forscher sie von den Männchen begatten. Die Männchen hatten zuvor bereits mehrfach Nachwuchs gezeugt.

Ergebnis: Drei der Weibchen mit künstlichem Eierstock wurden schwanger. Das Ganze geschah sehr schnell: Mäuse haben alle vier Tage ihren Eisprung, ihre Schwangerschaft dauert nur rund 20 Tage. Und die kleinen Babys sind dann nach vier Monaten ebenfalls so weit, schwanger werden zu können. Woodruff und ihr Team ließen den Nachwuchs der Weibchen mit künstlichen Eierstöcken ebenfalls Babys austragen, deren Kinder ebenso. Damit wollten die Forscher sicherstellen, dass die Prothesen keine langfristigen Nebenwirkungen haben. Die Mäusemütter mit den 3D-Organen stillten zudem ihre Babys ganz regulär, was darauf hindeutet, dass alles mit den Hormonen stimmte.

Das ist eine gute Nachricht für Frauen mit nicht funktionsfähigen Eierstöcken. Wobei sich diese Patientinnen noch etwas gedulden müssen: Woodruff will erst noch nachweisen, dass das Experiment sich entsprechend erfolgreich auch mit größeren Eierstöcken durchführen lässt. Mini-Schweine sollen die nächsten sein, an denen dies ausprobiert wird. Zumal deren Zyklus dem von Menschen ähnelt. Die Reproduktionsforscherin aus Chicago hofft, diesen Schritt innerhalb der nächsten fünf Jahre inklusive klinischer Studien durchgeführt zu haben.

Eierstöcke sind recht komplexe Organe, weil sie hormonell mit dem Gehirn verbunden sind und in jedem Zyklus neue Blutgefäße bilden müssen. Gerade deshalb wäre es ein wichtiger Schritt auch für das Vorhaben, andere Organe 3D zu drucken, wenn künstliche Eierstöcke auch beim Menschen funktionierten. 

Dieser Artikel erschien zuerst bei WIRED.com.
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