Bioprinting ist eine 3D-Drucktechnologie, die es schon seit mehreren Jahren gibt und circa seit dem Jahre 2000 sind 3D-Biodrucker auch für medizinische Zwecke bekannt. Dennoch bringt sie Einschränkungen mit sich, beispielsweise in der Arzneimittelentwicklung, die derzeit noch sehr teuer ist. Wissenschaftler an der Newcastle University haben nun mit der finanziellen Unterstützung von Versus Arthritis einen neuen Ansatz für den 3D-Biodruck zellgefüllter Gele entwickelt, der das Potential innovativer Entdeckungen für neue Medikamente gegen Krebs, Herzkrankheiten und Arthritis mit sich bringt. Das Verfahren kann menschliches Gewebe genau nachahmen und hat dafür ein Patent in den USA und Europa erhalten. Außerdem hat das Team unter der Leitung von Professor Kenny Dalgarno das Spin-off-Unternehmen Jetbio gegründet, um Investitionen für die weltweite Einführung des ReJI-Druckers in Laboren zu gewinnen.
Wie genau läuft das Druckverfahren ab? Die Technologie nennt sich Reactive Jet Impingement und ist ein Bioprinting-Verfahren, bei dem zwei Flüssigkeiten aufeinandergespritzt werden. Eine Flüssigkeit enthält eine Vernetzungslösung mit suspendierten Zellen, die andere eine Polymerlösung – diese vermischen sich dann in der Luft und bilden ein zellgefülltes Hydrogel. Das dabei entstandene Hydrogel kann anschließend fast auf jede Oberfläche 3D gedruckt werden. Darüber hinaus ist das Verfahren deutlich schneller als traditionelle Technologien und erhöht die Zelldichte um das Zehnfache. Ein weiterer Pluspunkt ist, dass die Gewebe menschlichen Gewebeproben stärker ähneln.
Links: die 3D-Drucktechnologie und rechts: der ReJI-Drucker.
Die Reactive Jet Impingement-Technologie (ReJI) spielt eine wichtige Rolle in der Arzneimittelentwicklung, vor allem bei der Prüfung von In-vitro-Zellkulturen, bei der Zellen traditionell auf einer flachen Oberfläche gezüchtet werden, also außerhalb des Körpers unter künstlichen Bedingungen. Diese herkömmlichen 2D-Modelle sind jedoch nicht mit dem menschlichen Körper vergleichbar, in dem die Zellen mit einer 3D-Umgebung interagieren. Hier kommt nun die ReJI–Technologie ins Spiel: Durch das Drucken von Zellen in einer 3D-Matrix wird Gewebe besser nachgeahmt, wodurch Tests präziser durchgeführt werden können. Dadurch verkürzt sich die Dauer des gesamten Prozesses. Das Jetbio-Verfahren bietet aber noch weitere Vorteile, denn es ist kostengünstiger und demokratisiert die Arzneimittelentwicklung, sodass sich in Zukunft mehr Menschen Medikamente leisten können. Darüber hinaus wurde das Jetbio-Team bereits ins House of Parliament eingeladen, um die Technologie, die die Arzneimittelherstellung optimieren soll, dort vorzustellen.
Professor Dalgarno von der Fakultät für Ingenieurwissenschaften an der Universität Newcastle betont die derzeitigen Herausforderungen der Arzneimittelentwicklung: „Die Arzneimittelforschung ist ein komplizierter und extrem kostspieliger Prozess, der mehrere Testrunden umfasst, bevor klinische Studien beginnen. In klinischen Studien gelangt nur jede zehnte getestete Verbindung auf den Markt. Diese Ausfallraten machen deutlich, dass wir unsere Modelle verbessern müssen, um die Arzneimittelreaktion beim Menschen besser abzubilden. Derzeit besteht großes Interesse an der Entwicklung besserer menschlicher In-vitro-Modelle von Krankheiten und Geweben, um Medikamente besser testen zu können.“
Die Reactive Jet Impingement (ReJI) Bioprinting-Technologie ist ein schnelles System zum Drucken biomimetischer Gele für die Entwicklung von In-vitro-Krankheitsmodellen für Medikamententests.
Ein weiteres Ziel der Wissenschaftler ist es, eine Technologie für Arthritis-Patienten zu entwickeln, die eine individuellere Zellkultivierung in die bereits verfügbare autologe Chondrozytenimplantation (ACI) ermöglicht. „Das Jetbio-Team ist Vorreiter in der Forschung und treibt neue Technologien voran, die die Qualität und Geschwindigkeit der Arzneimittelentwicklung verbessern sollen. Diese Fortschritte könnten der Bevölkerung neue Medikamente schneller zugänglich machen – insbesondere bei der Behandlung von Arthritis, Krebs und Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Das ist ein enormer Fortschritt“, betonte Lucy Donaldson, Forschungsleiterin bei Versus Arthritis.
Darüber hinaus sollen die Drucker zukünftig für die Behandlung unterschiedlichster Erkrankungen eingesetzt werden, beispielsweise im von der EU geförderten REBORN-Projekt, in dem ein Team der Newcastle University In-vitro-Modelle einer Herzkammer entwickelt. Hier wird das ReJI-Bioprinting mit anderen Bioprozessen kombiniert. Mehr über den ReJI-Drucker und die Newcastle University erfahren Sie HIER und über Jetbio HIER. In dem Video erklärt Professor Kenny Dalgarno, CSO von Jetbio, erklärt, wie das Verfahren zur skalierbaren Herstellung von In-vitro-Leukämiemodellen eingesetzt wird:
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*Alle Bildnachweise: Jetbio und Newcastle University