Biofabrikation sollte nachhaltig sein

Strukturen aus lebenden Zellen herzustellen, die sogenannte Biofabrikation, fasziniert Forschende schon lange. Der Begriff stammt aus der Biomedizin, wo der 3D-Druck von Organen zur Behandlung schwerer Krankheiten intensiv erforscht wird.  

Heute ist es m?glich, im Labor aus S?ugetierzellen Gewebest¨¹cke nachzubauen, um ihre Biologie zu studieren, besch?digte K?rperteile zu ersetzen oder Medikamente zu testen. Wir k?nnen tierisches Gewebe als Nahrungsmittel (In-vitro-Fleisch) erzeugen. Und Zellen herstellen, die bestimmte Substanzen aufsp¨¹ren oder die Umwelt von Schadstoffen reinigen. Oder Bakterien, die Risse in W?nden von H?usern reparieren. Wir k?nnen sogar Mikroroboter bauen, die sich flink in komplexen Umgebungen bewegen ¨C und das alles, ohne auf Tierversuche angewiesen zu sein. ^{2, 3}

Lebende Zellen bestehen aus weichen, biologisch abbaubaren Komponenten. Sie gewinnen Energie aus Glukose oder anderen umweltfreundlichen Brennstoffen, wachsen und bewegen sich ger?uschlos und hoch effizient. Sie der Natur zu entlehnen verspricht nicht nur technologischen Fortschritt, sondern auch einen Schritt in eine ?kologische Zukunft, denn Bio-Hybridsysteme funktionieren nachhaltiger als ihre synthetischen Gegenst¨¹cke.

Die Produktion von Biohybridsystemen im Labor ist jedoch meistens von Versuch und Irrtum gepr?gt, was ressourcen-, energie- und arbeitsintensiv ist. Um ein Gewebe zu z¨¹chten, braucht es teure Materialien und Apparaturen. Wir m¨¹ssen die Umgebungsbedingungen f¨¹r die Zellen genau kontrollieren. Herk?mmliche Verfahren erzeugen daher viel Abfall.

Von Versuch und Irrtum zur Vorhersage

Um die Biofabrikation nachhaltig zu gestalten m¨¹ssen wir die Art und Weise, wie wir "biofabrizieren", neu definieren und ?kologisch sinnvolle Produktionsprozesse entwickeln.⁵ Wir brauchen neue hochpr?zise Fertigungsverfahren, um die Effizienz zu erh?hen und um die Menge an verbrauchten Ressourcen, entstehendem Abfall und eingesetzter Energie zu begrenzen.

Der effizienteste Ansatz, die Biofabrikation umweltfreundlich zu gestalten, besteht darin, das optimale Vorgehen im Labor im Voraus zu festzulegen. Dabei k?nnen uns Computer behilflich sein. Wir sollten Biosysteme vermehrt modellieren und Fabrikationsprozesse zuerst simulieren, um erfolgversprechende Strategien f¨¹rs Labor zu identifizieren ¨C also solche, die k¨¹nstliche Gewebe mit bestimmten Eigenschaften in m?glichst wenigen Versuchen herstellen k?nnen. Maschinelles Lernen wird bei der Simulation biologischer Systeme eine zentrale Rolle spielen, etwa wenn es darum geht, optimale Bedingungen f¨¹r die Biofabrikation zu w?hlen.

Kurz: Indem wir im Labor weniger zuf?llig experimentieren, sondern das Vorgehen gezielt optimieren, k?nnen wir den Ressourcen- und Energieverbrauch minimieren. ⁵

Meine Vision f¨¹r die Zukunft

Wenn es uns gelingt, bio-hybride Systeme mit smarten Vorhersagen zu entwerfen und zu produzieren, kann ich mir eine Zukunft vorstellen, in der Bauwerke sich selbst reparieren, Roboter mit Sensoren und Muskeln auf ihre Umgebung reagieren oder Implantate sich nahtlos in den K?rper integrieren ¨C dank nachhaltiger Biofabrikation.

So bin ich ¨¹berzeugt: Nutzen wir die F?higkeiten nat¨¹rlicher Zellen und die Kraft k¨¹nstlicher Intelligenz auf synergistische Weise, entsteht viel Potenzial f¨¹r nachhaltige Innovation. Quelle jeder Zelle, die wir f¨¹r die Biofabrikation verwenden, ist letztlich die Natur. Allein deshalb sollten wir ihr Sorge tragen.