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Krebszellen und Computermodellierung optimieren 3D-Bioprinting

Am 24. Januar 2023 von De Z. veröffentlicht

Im Rahmen einer universitätsübergreifenden Zusammenarbeit zwischen der University of Waterloo (Kanada), der University of Swansea und der University of St Andrews (beide Vereinigtes Königreich) haben Forscher über einen Zeitraum von 11 Tagen Experimente mit 3D-biologisch gedruckten Krebszellen durchgeführt, um die Ergebnisse mit denen eines zellulären Automatisierungsmodells zu vergleichen. Ihre Ergebnisse zeigten, dass das Modell die biologisch gedruckte Struktur erfolgreich simulierte; diese Optimierung des 3D-Biodrucks könnte bei künftigen Experimenten zu Zeit- und Kosteneinsparungen führen.

Bei der In-vitro-Versuchsmethode wurde MDA-MB-231, eine aggressive Brustkrebszelle, in ein Hydrogel aus einer Biotinte, bestehend aus einer Mischung aus Gelatine und Alginat, gedruckt. Die Wahl dieser Biotinte ist auf die Ähnlichkeit der beiden Chemikalien mit der nativen ECM zurückzuführen. Sie überprüften die Lebensfähigkeit der zellulären Struktur und stellten nach 11 Tagen eine Lebensfähigkeit von 96 ± 2 % fest. Das Überleben der Mehrheit der Zellen deutet darauf hin, dass die Struktur ausreichend porös ist, damit Glukose und Sauerstoff für die Atmung eindringen können.

 

3D bioprinting optimization experiment

Diagramm zur Darstellung der Proliferation der experimentellen Zellen im mathematischen Modell im Vergleich zu den experimentellen Ergebnissen. Die Y-Achse stellt die Anzahl der proliferierenden Zellen dar. (Bild: Scientific Reports (Sci Rep))

In-silico bezieht sich auf Experimente, bei denen Computermodelle verwendet oder integriert werden (In-silico ist pseudolateinisch und bezeichnet die Siliziumchips in Computern). Für diese Forschung verwendeten die Wissenschaftler die Modellierung mit zellulären Automatismen (Modellierung mit einem regelmäßigen Gitter von Zellen), bei der die meisten Parameter aus experimentellen Daten ausgewählt wurden. Um die Zuverlässigkeit des Modells zu verbessern, wurde auch ein umfassender In-vitro-Test durchgeführt, d. h. die Zellen wurden untersucht, um ihre Zusammensetzung zu bestimmen und die Qualität des Modells zu verbessern. Die Endergebnisse deuten darauf hin, dass die Optimierung des 3D-Bioprinting mit Hilfe der Modellierung für die Planung von Experimenten genutzt werden kann, um Ergebnisse zu erzielen, ohne dass Assays durchgeführt werden müssen. Die simulierten Daten wiederholten durchweg die experimentellen Ergebnisse für Lebensfähigkeit und Proliferation.

3D-Bioprinting ist ein aufstrebendes Gebiet mit wichtigen Anwendungen in der regenerativen Medizin und im Tissue Engineering. Die ugandische Regierung hat kürzlich einen 3D-Biodrucker ins All geschickt, um Gewebeexperimente in der Schwerelosigkeit durchzuführen. Dieses aktuelle Experiment zur Optimierung des 3D-Bioprinting durch die Entwicklung eines Computermodells, das mit experimentellen Ergebnissen verglichen werden kann, ist wichtig, da es die Vorhersage zellulärer Aktivitäten ermöglicht und die experimentellen Auswertungen auf ein Minimum beschränkt, was Zeit und Geld spart. Weitere Informationen finden Sie in der wissenschaftlichen Veröffentlichung HIER.

 

Bioprinting kann für medizinische und botanische Anwendungen eingesetzt werden, so auch für diese 3D-gedruckte Mischung aus Algen und Zellulose von der Technischen Universität Delft (TU Delft). (Bild: TU Delft)

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*Titelbildnachweis: 3Dnatives

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