Forscher erschaffen künstliche Zunge aus Silikon

Hunderte feinster Papillen sitzen auf der Zunge. Forscher haben das Sinnesorgan mit seiner typischen Struktur per 3-D-Druck nachgebildet.

Mit dem 3-D-Drucker wurde schon so einiges hergestellt: Modelle, Waffen, Geräte, medizinische Implantate, ja auch der Schädel des T. rex Tristan im Naturkundemuseum in Berlin. Nun haben britische Forscher eine Art künstlicher Zunge mit einem 3-D-Drucker produziert. Das Objekt aus Silikon habe die Oberfläche, die Elastizität und die Benetzbarkeit einer Zunge, schreibt das Team und präsentiert das Objekt im Fachjournal „ACS Applied Materials & Interfaces“. Das Silikonprodukt könne bei Versuchen für neue Therapien eingesetzt werden.

Die Zunge ist bedeutend für den Nahrungstransport, das Sprechen und als Sinnesorgan. Zur Nachbildung der Zungenoberfläche mussten besondere Schwierigkeiten überwunden werden, wie der Materialforscher Efren Andablo-Reyes erläutert, der an der University of Leeds forscht und Hauptautor der Studie ist. Hunderte kleine pilz- oder auch fadenförmige Strukturen, die Papillen genannt werden, geben der Zunge ihre charakteristische raue Textur.

Die Forscher konzentrierten sich auf einen oberen, vorderen Bereich der Zunge, auf dem Papillen mit und ohne Geschmacksrezeptoren sitzen. Beide Arten von Papillen spielen laut Andablo-Reyes eine entscheidende Rolle für die exakte mechanische Reibung, mit der die Zunge zusammen mit dem Speichel helfe, die Nahrung zum Schlucken vorzubereiten. „Wir versuchten, diese relevanten Charakteristika der menschlichen Zunge auf einer Oberfläche nachzubilden, die im Labor einfach zu handhaben ist, wenn man im Mund vorkommende Prozesse untersuchen möchte.“

Für Studien zur Mundhygiene

Das Team nahm zunächst Silikonabdrücke der Zungen von toten Schweinen, um das Verfahren zu testen. Später erstellte es Abdrücke der Zungen von 15 gesunden Erwachsenen. Die Abdrücke wurden mit einem optischen 3-D-Scanner aufgenommen und analysiert. Wichtig waren etwa die Papillengröße, ihre Dichte und zudem die Rauigkeit der Zunge. Die menschliche Zunge habe zudem keine gleichmäßige, sondern eine völlig zufällige Verteilung der Papillen, so die Forscher. „Die Zufälligkeit in der Verteilung der Papillen scheint eine bedeutende Rolle in der Sensorik für die Zunge zu spielen“, sagt der Co-Autor und Informatiker Rik Sarkar von der University of Edinburgh.

Mithilfe von Computersimulationen entwarfen die Forscher schließlich eine künstliche Zungenoberfläche und stellten sie im 3-D-Druck aus weichem Silikon her. Beim 3-D-Druck wird das Material computergesteuert Schicht für Schicht aufgetragen. Bei der künstlichen Zunge seien nun die Papillen so verteilt wie beim menschlichen Vorbild, erklären die Forscher. Das Modell könne auch die Feuchtigkeit ebenso gut halten und habe weitere Eigenschaften einer menschlichen Zunge.

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Die Zunge könne in Studien zur Mundhygiene und zur Entwicklung von Therapien eingesetzt werden, die beispielsweise gegen anhaltende Mundtrockenheit wirken. Künftig seien Zungenmodelle von gesunden und von kranken Menschen geplant. Die bei dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse könnten möglicherweise auch bei der Entwicklung von Robotern mit nachgiebigen Materialien eingesetzt werden, schreiben die Forscher.