Einzelzellen im Fadenkreuz

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Noch ist der 3D-Druck lebender Zellen Handarbeit: Mithilfe eines Fluoreszenz-Mikroskops sucht der Physiker Jun Zhang, Dokorand der HM, aus hunderten von Zellen, die sich in einer mit Flüssigkeit gefüllten Petrischale befinden, ein vitales Exemplar aus. Auf dem Monitor positioniert er diese Zelle genau unter dem Fadenkreuz und löst dann mit einem Mausklick den Druckvorgang aus: Der Lichtpuls eines Femtosekundenlasers erzeugt nur tausendstel Millimeter unter der Zelle eine winzige Plasmablase, die kurz darauf explodiert und die Zelle mit nach oben reißt. Zeitlupenaufnahmen zeigen, wie sie an der Spitze des Jets mit 50 Stundenkilometern in die Höhe schießt.

Mit einem Fluoreszenz-Mikroskop werden lebende Zellen einzeln nach bestimmten Merkmalen für die Übertragung durch den Femtosekundenlaser ausgewählt (Foto: Johanna Weber)

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10 Sekunden braucht Zhang, um eine Zelle punktgenau auf einen mit Gel beschichteten Objektträger zu transferieren. Das Prinzip ist dasselbe wie beim 3D-Druck: Punkt für Punkt und Schicht für Schicht wird Material aufgetragen. Nur dass hier nicht Bauteile aus Kunststoff oder Metall, sondern Sehnen-, Leber oder Herzgewebe entstehen.

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Präzise drucken wie nie zuvor

Neu ist die Präzision des Druckprozesses: Keiner anderen Forschergruppe ist es bisher gelungen, einzelne Zellen mit einem Laser auf wenige Mikrometer genau zu positionieren, ohne ihre biologische Funktionsfähigkeit zu beeinflussen. Dafür haben sie zwei Technologien kombiniert: Mit dem Fluoreszenz-Mikroskopie lassen sich Zellen vorselektieren und der Femtosekundenlaser mit seinen ultrakurzen Lichtpulsen im infraroten Spektralbereich sorgt dafür, dass die Zellen beim Drucken keinen Schaden nehmen. Das nächste Ziel ist die Automatisierung des Prozesses.

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In der Aufnahmereihe des Fluoreszenz-Mikroskops lässt sich in der oberen Zeile die lebende Einzelzelle als roter Punkt an der Spitze des Jets erkennen (Bild: Zhang et al.)

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Monika Weiner/Christiane Taddigs-Hirsch