Neue 3D-Bioprinting-Technik zur Herstellung von vaskularisiertem menschlichem Gewebe
Ein Forscherteam an der Jacobs School der University of California, San Diego, entwickelt eine neue Methode des 3D-Bioprinting auf der Grundlage der digitalen Lichtverarbeitung (DLP). Das Projekt zielt darauf ab, vaskularisierte 3D-Gewebe zu schaffen, die den im Labor hergestellten menschlichen Geweben sehr ähnlich sind, aber aus lebenden Zellen und Biomaterialstrukturen bestehen und funktionell sind. Die experimentelle Studie wurde in Science Advances veröffentlicht und beschreibt, wie die Forscher erfolgreich eine der vielversprechendsten Arten des 3D-Drucks mit biokompatiblen Materialien in Angriff genommen haben.
Der DLP-3D-Druck ist eine der am häufigsten verwendeten Technologien im medizinischen Bereich. In der Tat birgt die Anwendung dieses Herstellungsverfahrens ein großes Potenzial für biomedizinische Anwendungen. Zu diesen Anwendungen gehören die Entwicklung von Medikamenten, Organtransplantationen, regenerative und personalisierte Medizin und vieles mehr. Dieser Bereich des Gesundheitswesens wird seit einiger Zeit durch praktische und technische Aspekte der additiven Fertigung eingeschränkt. Zu diesen Schwierigkeiten gehört zum Beispiel das Drucken von Geweben mit hoher Zelldichte und fein aufgelösten Strukturen. Das Team der Jacobs School hat sich jedoch für einen anderen Ansatz entschieden.
Durch die Verringerung der Dichte der Biotinte wird eine Lichtstreuung vermieden
Herstellung von vaskularisiertem menschlichem Gewebe
Dem Team für Nanoengineering ist es gelungen, ein 3D-Bioprinting-System für vaskularisierte menschliche Gewebe zu realisieren. Die patentierte Technologie basiert auf der additiven Schichtung von Zellen und Biopolymeren zur Schaffung biologischer Strukturen und Gewebe. Je höher die Dichte der Biotinte ist, desto stärker wird das Licht gestreut, was die Auflösung des Drucks beeinträchtigt. Deshalb entwickelten die Forscher ein biokompatibles Polymer, das für den hochauflösenden DLP-3D-Druck verwendet werden kann. Auf diese Weise konnten sie die Lichtstreuung um das Zehnfache reduzieren und dank des Kontrastmittels „Jodixanol“ (ein neuer Bestandteil von Biotinte) mit hoher Zelldichte und hoher Auflösung drucken.
Es folgt ein komplexer Prozess, der so lange wiederholt wird, bis sich eine Reihe von Schichten gebildet hat, aus denen das Modell besteht. Dabei muss der Brechungsindex der Biotinte angepasst werden, um den Streueffekt zu minimieren und den Herstellungsprozess deutlich zu verbessern. In einer Gelatine-Methacrylat-Biotinte (GelMA) mit einem Brechungsindex, der auf eine Zelldichte von bis zu 0,1 Milliarden/ml abgestimmt ist, haben sie eine Strukturgröße von 50 µm erreicht. Professor Shaochen Chen, der das Projekt leitete, erklärt: „Nach dem Druck lassen wir das Konstrukt wachsen, damit die Zellen reifen oder sich zu einem funktionellen Gewebe umorganisieren können. Die Zelle ist wie ein Samenkorn, und jeder Zelltyp hat eine bestimmte Dichte, bei der er am stärksten auskeimen kann“.
Die Forschung könnte die Entwicklung von Arzneimitteln beschleunigen und ihre Integrität verbessern sowie die Probleme im Zusammenhang mit dem Mangel an Organspendern und der Immunabstoßung mildern. In nicht allzu ferner Zukunft könnte diese Technologie die Entwicklung von In-vitro-Gewebemodellen mit hoher Zelldichte ermöglichen. In der Zwischenzeit können Sie sich die vollständige Studie HIER ansehen, die in Science Advances veröffentlicht wurde.
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*Alle Bildnachweise: UC San Diego / David Baillot
