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Japanische Forscher bioprinten gerüstfreies Gewebe für Speiseröhre

Auf 14. März 2019 von Ann-Kathrin L. veröffentlicht
speiseröhre

In Japan haben Wissenschaftler der Saga Unsiversity sowie der Nagasaki University zusammengearbeitet um eine gerüstfreie Struktur einer Speiseröhre mittels des 3D-Biodrucks herzustellen.

Im Bereich des Tissue Engineerings, zu deutsch der Gewebekonstruktion – oder –züchtung, bezieht sich der Begriff „Gerüst“ auf extrazelluläre Strukturen aus Biomaterialien, welche dafür benutzt werden, die Zellen auszusäen. „Zellen ausäen“ bedeutet dass man eine definierte Menge einer Zellsuspension auf eine neue Fläche gibt.

Üblicherweise umfasst eine auf Gerüsten basierende Transplantation drei Schritte: Zuerst muss eine Stammzellenquelle des Patienten gefunden werden, dann müssen die Zellen auf das Gerüst, welches die Zellproliferation fördert, ausgesät werden und am Ende muss das Gerüstgewebe durch einen chirurgischen Eingriff beim Patienten implantiert werden.

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Beispiele von Gerüsten. Bildnachweis: BCN3D/University of Girona

In der Regenerativen Medizin sowie beim Tissue Engineering war es bisher die Norm mit Gerüsten zu arbeiten. Der Vorteil bei dieser Transplantationsmethode gegenüber der Allotransplantation besteht darin, dass patienteneigene Zellen verwendet werden können und somit die Wahrscheinlichkeit stark sinkt, dass das Gewebe vom Körper des Patienten nicht angenommen wird. Bei der Allotransplantation hingegen benötigt man einen identischen Spender, welche nicht nur schwer zu finden sind sondern auch das eben genannte Risiko der Nicht-Annahme des Körpers bergen.

Das Problem bei Gerüsten

Trotz der Vorteile, die die Verwendung von Gerüsten beim Gewebedruck mit sich bringt, gibt es dennoch Nachteile, wie Immunogenität, Gerüstabbau oder Immunreaktionen. Außerdem werden gerüstbasierte Lösungen durch die Materialien eingeschränkt, welche für den Gerüstbau verwendet werden können. Die Materialien dürfen nicht toxisch sein und müssen die mechanischen Eigentschaften, welche für das Gewebewachstum erforderlich sind, langfristig aufrecht erhalten können.

Druck der Strukturen für die Speiseröhre

Diesem Problem haben sich die japanischen Forscher angenommen und druckten gerüstfreie 3D-Strukturen, und stellen so das Gewebe für eine Transplantation her. Sie verwendeten eine Methode namens „spheroid cell aggregates or multicellular spheroid (MCS)“, zu deutsch Sphäroidzellaggregate oder multizelluläres Sphäroid (MCS) um die Gewebestrukturen für die Speiseröhre zu erzeugen. Die MCS-Zellen werden dann für die Biotinte verwendet. Sie wurden aus einer Mischung von menschlichen Muskelzellen der Speiseröhre, Knochenmarkstammzellen sowie Zellen der Nabelschnurvene hergestellt.

Um die Struktur der Speiseröhre zu erzeugen verwendeten die forsch einen 9 x 9 Nadel-Bio-3D-Drucker namens Regenova der in Tokio ansässigen Firma Cyfuse Biomedical. Die Gewebestruktur wurde erfolgreich an Ratten getestet.

Mehr Informationen können Sie in dem wissenschaftliches Paper mit dem Namen „Regeneration of esophagus using a scaffold-free biomimetic structure created with bio-three-dimensional printing“ entnehmen, welches die Forscher kürzlich veröffentlichten.

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Bildnachweis Beitragsbild: PLOS ONE

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