ARPA-H unterstützt On-Demand-Organ-Druck mit einer 176 Mio. $‑Förderung

Organknappheit und das Argument für On-Demand-Bioprinting

Organspenden sind ein zentrales medizinisches Instrument, das Millionen von Menschen am Leben hält, wobei allein in den USA jährlich fast 50.000 Transplantationen durchgeführt werden. Trotzdem ist das Angebot an Organen unzureichend, um die Nachfrage zu decken; täglich sterben 13 Menschen in den USA, während sie auf eine Organtransplantation warten, und über 103.000 Personen stehen auf der nationalen Warteliste.

Dieser Mangel kann teilweise durch mehr Organspenden gemildert werden, die weiterhin ein zentrales politisches Ziel darstellen. Allerdings ist die Suche nach einem passenden Spender oft ebenso herausfordernd wie der generelle Mangel an Spendern.

Idealerweise würde die Möglichkeit, jedes Organ auf Abruf zu „produzieren“, eine überlegene Lösung bieten. Dennoch würde das Problem der Kompatibilität sowie die Notwendigkeit von Abstoßungsmedikamenten, die das Immunsystem schwächen, nicht beseitigt werden. Transplantierte Organe haben zudem tendenziell eine kürzere Lebensdauer als das Original.

“Selbst wenn Patienten eine Transplantation erhalten, halten Organe in der Regel nur 15–23 Jahre und erfordern ein lebenslanges Medikamentenregime zur Verhinderung einer Abstoßung, das teuer ist und ernsthafte Gesundheitsprobleme verursachen kann.”

Die aktuelle Situation führt zudem zu erheblichen Ungleichheiten bei den Ergebnissen. Aufgrund von Faktoren wie geografischer Entfernung und der Notwendigkeit spezifischer Blutgruppenkombinationen stehen ländliche Bevölkerungsgruppen und Minderheiten vor deutlich größeren Hürden. Die Daten zu diesen Ungleichheiten sind konkret:

• Wartelistenrepräsentation: Während Afroamerikaner etwa 28% der Transplantationswarteliste ausmachen, erhielten sie 2024 nur etwa 23% der Transplantationen.
• Transplantationsungleichheit: Im Gegensatz dazu stellten weiße Amerikaner etwa 39% der Warteliste, erhielten jedoch fast 49% aller Transplantationen.
• Spenderverfügbarkeit: Biologische Übereinstimmungen erfordern oft Spender ähnlicher ethnischer Herkunft, doch die Spenderquoten variieren stark. Weiße Personen machten 2024 etwa 67% aller Spender aus, verglichen mit etwa 13% für Schwarze und 15% für hispanische Personen.

On-Demand-Organe, die bei jedem Patienten unabhängig von demografischen Merkmalen implantiert werden könnten, würden in diesem System einen enormen Ausgleich schaffen.

Dies ist das genaue Ziel einer Reihe von Auszeichnungen, die von der Advanced Research Projects Agency for Health (ARPA-H), einer Behörde innerhalb des US-Gesundheitsministeriums (HHS), vergeben werden. ARPA-H wurde 2022 mit einer Kongresszuweisung von 1 Milliarde $ gegründet und von Präsident Joe Biden in Gesetz umgesetzt.

„Die Entwicklung von universell passenden Organen wurde in der Geschichte der Transplantation noch nie durchgeführt. Das Drucken eines präzise passenden, funktionalen menschlichen Organs wird grundlegend verändern, was in der Transplantationsmedizin möglich ist, und zahllose Leben retten.”

– Alicia Jackson, Ph.D., ARPA-H Director

Ihr Personalized Regenerative Immunocompetent Nanotechnology Tissue (PRINT) Programm zielt darauf ab, die Entwicklung von Organ‑Drucktechnologien zu fördern, die keine immunsuppressiven Medikamente erfordern.

„Das Ziel ist es, entweder die eigenen Zellen eines Patienten oder Zellen aus einer Biobank zu nutzen, um innerhalb von Stunden immunkompatible Ersatzorgane wie Nieren, Herzen und Lebern zu produzieren.“

Was ist 3D-Bioprinting und warum Organe schwierig sind

3D‑Druck, oder additive Fertigung, ist mittlerweile eine relativ bekannte Technologie. Er begann mit Kunststofffilamenten und wird nun mit vielen Materialien, einschließlich Metallen, realisierbar. Die nächste Grenze ist das Drucken organischer Gewebe.

Durch das individuelle Hinzufügen von Zellen in komplexen 3D‑Anordnungen und mehreren Schichten kann 3D‑Bioprinting die exakte Form und Textur von Organen nachbilden. Einer der ersten erfolgreichen Machbarkeitsnachweise wurde 2016 an der Wake Forest University durchgeführt, mit einem funktionalen und lebensfähigen 3D‑gedruckten Ohr. (Weitere Informationen zum Bioprinting finden Sie auf dieser Seite der Wake Forest University, einem der Begünstigten der ARPA‑H‑Förderung.)

Der Bioprinting‑Markt, der derzeit hauptsächlich auf Nischenanwendungen und akademische Forschung beschränkt ist, ist bereits ein Markt von 2,91 Mrd. $ (im Jahr 2025) und wird voraussichtlich bis 2034 mit einer jährlichen Wachstumsrate von 12,54 % expandieren.

Die Idee ist, entweder Organe aus den eigenen Zellen eines Patienten zu erzeugen, wodurch jegliches Risiko einer Immunreaktion entfällt, oder Zellen aus einer Biobank zu verwenden, die modifiziert wurden, um dasselbe Ergebnis zu erzielen. Die Technologie hat kürzlich bedeutende Fortschritte gemacht, darunter die Nutzung von Ultraschall für geführtes Bioprinting, das Bioprinting von Pankreas‑Isletten zur Diabetesbehandlung sowie die Herstellung von 3D‑gedruckter Haut für Laborexperimente und Hauttransplantate.

Das PRINT-Programm von ARPA-H erklärt

Übersicht

Ziel des Programms ist es, das bislang schwer fassbare Ziel zu erreichen: ein menschlich großes Organ in 3D zu drucken, mit allen Zellen, Blutgefäßen und Gewebematerialien, die es ermöglichen, als Herz zu funktionieren, Blut zu filtern und Urin zu produzieren wie eine Niere und den Stoffwechsel wie eine Leber aufrechtzuerhalten.

Ein Erfolg des Programms, das derzeit auf diese drei Schlüsselorgane fokussiert ist, könnte später auf Bauchspeicheldrüse und Lungen ausgeweitet werden. Das PRINT-Programm umfasst insgesamt bis zu 176,8 Mio. $ über 5 Jahre. Details und Zeitplan der genauen Auszahlung hängen davon ab, dass die ausgewählten Forschungsteams aggressive und beschleunigte Meilensteine erreichen.

Das Programm wurde 2024 gestartet, wobei Vorschläge von Forschern in drei technischen Bereichen gefordert wurden:

• Alle notwendigen Zelltypen des Organs aus den besten Zellquellen erzeugen.
• Massenproduktion von Organzelltypen.
• Organ‑Biofabrication und IND‑ermöglichende In‑vivo‑Tests.

Im Januar 2026 kündigte es die ausgewählten Forschungsteams für das Programm an.

Wer die ARPA-H PRINT-Förderung erhalten hat

Carnegie Mellon University

Die in Pittsburgh ansässige Universität zielt darauf ab, eine kostengünstige immun‑schweigende biogedruckte Leber zu schaffen, die in fünf Jahren für erste Humanstudien bereit ist, im Rahmen des Projekts LIVE (Liver Immunocompetent Volumetric Engineering).

Sie wird für dieses Projekt 28,5 Mio. $ von ARPA-H erhalten.

Die entwickelten Lebern werden zunächst zur Behandlung akuter Leberinsuffizienz produziert, mit dem langfristigen Ziel, alle Formen von Leberversagen zu adressieren.

„Die Leber, die wir erschaffen, würde etwa zwei bis vier Wochen halten. Sie würde den Patienten Zeit geben, dass ihre eigene Leber regeneriert, sodass sie anschließend keine Lebertransplantation benötigen und diese Lebern für andere Patienten freigegeben werden könnten.“

– Adam Feinberg, Professor of Biomedical Engineering at Carnegie Mellon

Wake Forest University

Die in Winston‑Salem, NC, ansässige Universität wird bestreben, klinisch hochwertige vaskularisierte Nierengewebe zu produzieren, um die Nierenfunktion bei Patienten mit Nierenerkrankungen zu verbessern.

Dieses Projekt wird parallel zu präklinischen Studien und der Entwicklung eines Kommerzialisierungsplans durchgeführt. Auf diese Weise soll die Technik nicht nur medizinisch gut funktionieren, sondern auch aus wirtschaftlicher Sicht tragfähig sein und „eine kosteneffiziente Lösung für den wachsenden Organspendermangel des Landes“ bieten.

Wyss Institute

Das Harvard‑Forschungsinstitut, das in Boston ansässig ist, wird universelles Lebergewebe im klinischen Maßstab aus erwachsenen Stammzellen entwickeln.

„Das Lewis‑Labor hat eine weitere Methode entwickelt, genannt SWIFT (sacrificial writing into functional tissue), bei der Hunderttausende von aus Stammzellen abgeleiteten Aggregaten in eine dichte, lebende Matrix von Organ‑Bausteinen (OBBs) konzentriert werden, die etwa 200 Millionen Zellen pro Milliliter enthält.“

Mit dem Fokus auf ausreichende Vaskularisierung (Blutgefäßentwicklung) hofft das Forschungsteam, dass ihre Technologie allen Arten von Patienten mit Leberfunktionsstörungen zugutekommen kann.

University of California, San Diego

Die Universität wird Lebern mit Stammzellen drucken, die von dem lokalen Unternehmen Allele Biotechnology produziert werden. Sie wird dafür rund 25 Mio. $ von ARPA-H erhalten.

Die Leber wird an die einzigartige Anatomie und Physiologie des Einzelnen angepasst, ohne dass Spendergewebe oder Immunsuppressiva benötigt werden. Dies sollte idealerweise die langfristige Funktionalität und Integration der 3D‑gedruckten Organe gewährleisten.

„Der Unterschied zwischen uns und anderen, die Extrusionsdruck verwenden, besteht darin, dass wir die gesamte Seite gleichzeitig drucken, und das ist tatsächlich 10.000‑mal schneller als das, was sie tun.“

– Shaochen Chen, Professor in the university’s Jacobs School of Engineering
Menschliche Studien werden in fünf Jahren erwartet, sofern alles nach Plan verläuft.

University of Texas Southwestern Medical Center

Die in Dallas ansässige Universität wird fast 25 Mio. $ für die Entwicklung einer transplantationsbereiten Leber erhalten, die bei Patienten mit Leberversagen die volle Funktion bereitstellen kann. Das Programm heißt Vascularized Immunocompetent Tissue as an Alternative Liver (VITAL).

„UTSW verfügt über ein robustes Solid‑Organ‑Transplantationsprogramm, das kürzlich seine 1.000. Lebertransplantation gefeiert hat. Dieses Projekt stellt einen mutigen Schritt dar, die Patientenversorgung durch biomedizinische Innovation voranzutreiben. Es vereint Ingenieure, Kliniker und Wissenschaftler, um Entdeckungen in reale Lösungen zu überführen und eine Zukunft zu gestalten, in der funktionaler Organ‑Druck Realität wird.“

– Dr. Samuel Achilefu, Ph.D., Inaugural Chair of Biomedical Engineering
Das bedeutet nicht nur ein metabolisch funktionierendes Organ, sondern auch die Wiederverbindung von Blutgefäßen zur Wiederherstellung des Blutflusses und die Einrichtung eines Gallengangsystems für den Flüssigkeitstransport.

Warum ARPA-H die Zeitpläne für Organ‑Druck beschleunigen könnte

Der 3D‑Druck von Organen war eine trendige Idee, die sich nur langsam in praktische klinische Anwendungen einfindet. Das liegt daran, dass die Nachbildung von etwas so Komplexem wie Organen – bestehend aus Hunderten Milliarden von Zellen mit vielen komplexen Subtypen – das Beherrschen von Details erfordert, die oft wenig verstanden sind.

Ein Organ von Grund auf zu entwerfen ist vergleichbar mit dem Zusammenbauen eines Strahltriebwerks aus bekannten Teilen, ohne genau zu verstehen, wie das Triebwerk funktioniert. Glücklicherweise sind lebende Zellen, insbesondere Stammzellen, darauf ausgelegt, sich zu einem vollständigen Organ zu selbstorganisieren, was den Forschern hilft.

Der plötzliche Geldzufluss von ARPA-H in dieses Thema sollte dazu beitragen, den Zeitplan zu beschleunigen, sodass druckbare Organe, die potenziell den üblichen Spenderorganen überlegen sind, sichtbar werden.

Investitionen in 3D-Bioprinting und regenerative Medizin

United Therapeutics

United Therapeutics hat eine lange Geschichte als Pionier im Bioprinting und hat bereits 2017 eine Partnerschaft mit der 3D Systems Corporation (DDD ) zu diesem Thema etabliert.

Das Unternehmen konzentriert sich auf seltene Krankheiten (interstitielle Lungenerkrankung – ILD, pulmonale arterielle Hypertonie – PAH und Neuroblastom) sowie auf Endstadium‑Lungenerkrankungen.

Das bedeutet auch, dass 3D‑Bioprinting zwar wichtig für die Zukunft des Unternehmens ist, es gleichzeitig ein traditionelles Biotech‑Unternehmen bleibt. Das verschafft dem Unternehmen mehr als 1,6 Mrd. $ an operativem Cashflow in den letzten zwölf Monaten (TTM) und eine solide Liquiditätsreserve, um Innovationen zu finanzieren, ohne eine übermäßige Verwässerung der bestehenden Aktionäre zu riskieren.

Die Umsätze des Unternehmens sind in den 2020er Jahren stetig gestiegen, zu einem großen Teil dank des wachsenden Verkaufs von Tyvaso, dem am häufigsten verschriebenen US‑Prostazyklin (zur Behandlung von pulmonaler arterieller Hypertonie – PAH), das 2025 immer noch ein jährliches Wachstum von 10 % verzeichnete.

Im Bioprinting befindet sich das Unternehmen noch in der F&E‑Phase, wobei das fortschrittlichste Produkt für Lungen­transplantationen ist, während alternative Produkte für Niere und Leber ebenfalls in Entwicklung sind.

Außerhalb von Organen konzentriert sich der F&E‑Plan des Unternehmens hauptsächlich darauf, die Anwendungsbereiche von Tyvaso zu erweitern, um den Umsatz zu steigern.

Da 3D‑Druck immer mehr Aufmerksamkeit und Forschungsbudget erhält, könnten Unternehmen wie United Therapeutics, die bereits einen Vorsprung in diesem Bereich haben und bereits klinische Studien starten, einen klaren Vorteil bei der Kommerzialisierung einer frühen Form der Technologie besitzen, gefolgt von mehreren Jahrzehnten der Verbesserung (und den damit verbundenen erneuten oder neuen Patenten).

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