Von Science-Fiction zur Wirklichkeit: Der Beginn des Biofabrikants

Die Wissenschaft holt die Science-Fiction ein: in Zukunft wird der Beruf des Biofabrikants der Menschheit vollkommen neue Möglichkeiten eröffnen. Im vergangenen Jahr gelang es beispielsweise einem gelähmten Mann wieder zu laufen, nachdem eine Zellbehandlung in seinem Rückenmark eine Lücke schließen konnte. Dutzende Menschen haben bionische Augen implantiert und damit ist es ihnen sogar möglich, Infrarotstrahlen und ultraviolettes Licht zu erkennen. Amputationsopfer können ihre Gliedmaßen mit ihren Gedanken kontrollieren. Zur gleichen Zeit sind wir auf dem besten Weg uns Körperteile auszudrucken. Wir sind Zeuge einer Neugestaltung der chirurgischen Landschaft, die von den neuen Techniken erschaffen wurde. Diese Umwälzung lässt eine neue Art Ingenieur entstehen, einer der in der Lage ist, die Lücke zwischen Engineering und der Biologie zu überwinden. Lernen Sie den “Biofabrikant” kennen. Hier verschmelzen technische Fähigkeiten und Materialwissen, Mechatronik und Biologie mit den klinischen Studien.

Eine Karriere des 21. Jahrhunderts

Wenn Sie ein neues Körperteil brauchen, ist der Biofabrikant derjenige der es baut. Die Konzepte sind neu, die Technik ist zukunftsweisend. Und die Jobbeschreibung? Wird noch erstellt. Es ist eine Berufung, die bereits in den USA voll durchstartet. Im Jahr 2012 bewertete das Forbes Magazine den Fachbereich “biomedizinisches Engineering” (als Äquivalet zum Biofabrikant) auf den ersten Platz der 15 wichtigsten Studiengänge. Im darauffolgenden Jahr bezeichneten CNN und payscale.com ihn als “besten Job in Amerika”. Diese Schlussfolgerungen begründeten sich auf Faktoren wie Gehalt, Zufriedenheit innerhalb des Jobs und Jobaussichten. Das US Bureau of Labour Statistics entwarf ein Szenario mit enormen Wachstumszahlen über die nächsten zehn Jahre im Bereich der Jobs.

Cochlear Implant Advanced Bionics (Image by David Shankbone [CC BY 2.0] via Flickr)
Das Cochlear-Implantat hat vielen Menschen die Hörfähigkeit zurückgegeben. Image (adapted) „Cochlear Implant Advanced Bionics“ by David Shankbone (CC BY 2.0)

Währenddessen bahnt man sich in Australien seinen eigenen Weg. Als Geburtsland des Chochlear-Implantats erhielt Australien bereits eine weltweite Reputation bei diesen Themen. Die neuesten klinischen Durchbrüche, mit Hilfe einer Ferse und einem Kiefer aus Titan, haben den Status Australiens auf diesem Gebiet noch bestärkt. Ich habe neulich dabei geholfen, die weltweit ersten Masterkurse für Biofarikation zusammenzustellen. Diese sollen die nächste Generation von Biofabrikatoren erschaffen, die verschiedene Fähigkeiten erlernen müssen, wie beispielsweise 3D-Drucken für bestimmte Körperteile. Diese Fähigkeiten sind noch ausufernder als der technische Aspekt. Für den Job braucht man zudem die Fähigket, mit den Feineinstellern zu kommunizieren und mit Medizinern zusammenzuarbeiten. Die aufstrebende Industrie fordert die bisherigen Geschäftsmodelle heraus.

Leben als Biofabrikator

Tag für Tag muss der Biofabrikant das Zahnrad in der Recherchemaschine sein. Man arbeitet mit Medizinern zusammen und erfindet Lösungen für medizinische Bedürfnisse, tüftelt mit Biologen und Mechatronikern, um diese dann auch liefern zu können. Biofabrikanten sind naturgemäß vielseitig. Sie können die medizinischen Bedürfnisse im Vorhinein einschätzen, am Morgen bereits mit Elektroingenieuren Geräte einstellen, mit Biologen am Nachmittag Stammzellenunterscheidungen erzielen und am Abend einen potentiellen Finanzier heranziehen. Zudem sind sie sich immer ihrer Regulatorien und ihres sozialen Engagements bewusst.

Unsere Untersuchungen am ARC Centre of Excellence for Electromaterials Science (ACES) konnte nur durch die Arbeit eines talentierten Biofabrikanten-Teams verwirklicht werden. Sie helfen uns, von Verkabelungen, wenn wir durchtrennte Nervenbahnen wieder herstellen wollen, über motorgetriebene Implantate, welche drohende epileptische Anfälle erkennen und sie beenden können bevor sie richtig begonnen haben, bis hin zu Knorpeln aus dem 3D-Drucker und Knochenimplantaten, die genau der Verletzung angepasst werden können. Das interdiziplinäre Netzwerk nimmt langsam Gestalt an und wir finden alle paar Tage neue Anwendungsmöglichkeiten. Die Forscher haben bisher nur an der Oberfläche dessen gekratzt, was möglich ist. Es gibt noch Einiges mehr, was man als tragbare oder einpflanzbare Sensoren benutzen kann, um die Werte der Patienten messen zu können und diese dann den Ärzten zu übermitteln.

Zugleich entwickelt sich die Stammzellentechnologie enorm. Zellen können in Gewebe und in Organe umgewandelt werden. Dies wird zu einer Voreinstellung innerhalb der 3D-Technik führen, wo maßgeschneiderte Bioreaktoren die Funktionen des Körpers imitieren. Man stelle sich die Möglichkeiten vor Stammzellen in 3D anzuordnen. Um sie herum befinden sich andere unterstützende Zellen, die präzise eingestellt an bestimmten Stellen weiterwachsen. Diesen Effekt kann man in biologische Prozesse einbringen. Alle die sich mit 3D-Bioprinting auskennen, werden diese fundamentalen Forschungen ermöglichen.

Vintage LP Vinyl Record Collection - Six Million Dollar Man, Book & Record Set By Peter Pan Records, Copyright 1977 Universal City Studios, Inc.( Image by Joe Haupt [CC BY-SA 2.0] via Flickr)
Die TV-Sendung aus den 1970ern mit dem Nanem „Der Sechs-Millionen-Dollar-Mann“ regte unsere Vorstellungskraft an, aber die Forschung nimmt langsam Fahrt auf und holt die ein. Image (adapted) „Vintage LP Vinyl Record Collection – Six Million Dollar Man, Book & Record Set By Peter Pan Records, Copyright 1977 Universal City Studios, Inc.“ by Joe Haupt (CC BY-SA 2.0)

Neben universitärer Forschung werden die Biofabrikanten auch für den medizinischen Bereich unschätzbar wertvoll sein. Viele Unternehmen werden neue Produkte und Behandlungen erfinden. Besitzt ein Techniker nur einen Funken Unternehmertum, wird er selbst Firmen gründen. Das traditionelle Handwerk kann da nicht mithalten. 3D-Drucker entwickeln sich weiter und es wird immer deutlicher, dass man besondere Drucksysteme für bestimmte klinische Zwecke braucht. Der Drucker bei den Chirurgen, der für die Wiederherstellung von Knorpelgewebe benötigt wird, muss extra angepasst werden und bestimmte Feineinstellungen machen aus ihm eine stabile und verlässliche Maschine.

Ausgebildete Kräfte werden im öffentlichen Sektor eingesetzt, am ehesten bei Aufsichtsbehörden oder bei Gemeinschaftsarbeit. Für diese Berufe von Morgen müssen wir schon heute trainieren. Auf uns kommen neue Möglichkeiten zu, wie beispielsweise der neue Biofab-Master. Wir müssen jenseits der akademischen Grenzen denken lernen, die solche Entwicklungen verlangsamen. Wir müssen uns mit den traditionellen Handwerkern zusammentun, die die Fähigkeiten haben, die für die Industrie der nächsten Generation wichtig sind. Australien hat hier bereits einen guten Stand, um sich einen Platz zu sichern. Wir haben einen Handwerkssektor, der immer in Bewegung ist und sich ständig erweiternde Wissensgrundlagen über Materialien seit Jahrzehnten aufgebaut hat. Außerdem haben wir die Fähigkeit für dynamische Herstellung und ein Umfeld der wachsenden alternativen Geschäftsmodelle.

Dieser Artikel erschien zuerst auf “The Conversation” und steht unter CC BY-ND 4.0. Übersetzung von Anne Jerratsch.


Image (adapted) „Biotechnology“ by Idaho National Laboratory (CC BY 2.0)


 

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Gordon Wallace

Gordon Wallace

ist Direktor des Kompetenzzentrum für elektromaterielle Wissenschaft des Australian Research Council (ARC) und Direktor des Intelligent Polymer Research Institute an der University of Wollongong.

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