#3DStartup: Readily3D und sein Tomographie-basiertes volumetrisches 3D-Druckverfahren

Readily3D ist ein junges Schweizer Start-up, das ein volumetrisches 3D-Druckverfahren entwickelt hat, um komplexe organische Formen in nur wenigen Sekunden zu erstellen. Das Unternehmen griff auf die Tomographie zurück, um seinen ersten 3D-Drucker zu entwickeln, der ein ganzes Objekt auf einmal festigen kann im Gegensatz der herkömmlichen Fertigungsverfahren, bei denen Schritt für Schritt vorgegangen wird. Mit dieser Methode könnte es möglich sein, menschliches Gewebe, Organe oder auch medizinische Modelle für Chirurgen herzustellen – und das alles sehr schnell und zuverlässig. Vor Kurzem präsentierte Readily3D seine erste Arbeit an der Bauchspeicheldrüse: Im Rahmen des europäischen Projekts ENLIGHT druckte das Start-up organische Gewebe des Organs in 3D. Eine sehr interessante Entwicklung zur Bekämpfung von Diabetes. Wir haben uns mit Damien Loterie, Mitbegründer von Readily3D, unterhalten, um mehr über volumetrisches Bioprinting und die zukünftigen Projekte des Unternehmens zu erfahren.

3DN: Könnten Sie sich und Readily3D vorstellen?

Mit meinen Kollegen Paul Delrot und Christophe Moser habe ich die Readily3D SA mitbegründet, die ein Spin-off der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Lausanne darstellt. Unser Unternehmen kommerzialisiert eine volumetrische 3D-Drucktechnologie, die auf Tomographie basiert. Die Entwicklung dieser Technologie geht auf das Jahr 2017 zurück und ist eine Fortsetzung der Forschung, die Paul und ich bis dahin während unseres Doktorats in Christophes Labor durchgeführt hatten.

Von links nach rechts: Paul Delrot, Christophe Moser und Damien Loterie – die Gründer von Readily3D

3DN: Wie kam es zu dem ENLIGHT-Projekt?

Dieses Projekt ist das Ergebnis einer langjährigen Zusammenarbeit zwischen unserem Team und dem Team von Professor Riccardo Levato am UMC Utrecht in den Niederlanden. Nach erfolgreichen Versuchen an anderen Zelltypen hatte Prof. Levato die Idee, unsere tomographische Drucktechnologie auf Pankreaszellen anzuwenden. Das Ziel war es, repräsentativere Modelle der Bauchspeicheldrüse als herkömmliche Zellkulturen zu erhalten, wobei wir uns auf die Geschwindigkeit unserer Drucker und deren Fähigkeit, Gefäßnetzwerke innerhalb der gedruckten Objekte zu erzeugen, verlassen konnten. Die Bauchspeicheldrüse spielt bei Diabetes eine wichtige Rolle. Die Möglichkeit, realistische Simulationen dieses Organs durch Bioprinting zu erhalten, wird die Suche nach neuen Therapien erheblich erleichtern.

3DN: Könnten Sie die von Readily3D entwickelte Technologie erklären?

Unser 3D-Drucker verfestigt das gesamte Objekt auf einmal, im Gegensatz zu Systemen wie Extrusion oder Stereolithographie, die Schicht für Schicht arbeiten.

Das Grundprinzip unserer Methode ist die Tomographie, wie in der medizinischen Bildgebung. Wir verwenden die Tomographie, um ein Objekt herzustellen, anstatt es abzubilden. Grundsätzlich berechnet unsere Software tomographische Projektionen des Objekts in verschiedenen Winkeln von 0° bis 360°. Anschließend sendet der Drucker diese Projektionen in Form von Lichtstrahlen in ein rotierendes Volumen, das aus lichtempfindlichen Harz besteht. Ein paar Dutzend Sekunden später erscheint das verfestigte Objekt „schwebend“ in der Harzmasse .

In nur wenigen Sekunden kann das Start-up komplexe Formen entwerfen. (Bildnachweis: Readily3D)

Unsere Methode funktioniert mit einer breiten Palette von lichtempfindlichen Materialien wie Acrylaten, Silikonen und Hydrogelen. Im Allgemeinen kann jedes Material, das mit DLP- oder Stereolithographie-Maschinen kompatibel ist, auch für unsere Maschine verwendet werden. Die optische Auflösung unserer Maschine liegt bei 40 Mikrometern. Das Druckvolumen ist derzeit ein Zylinder mit 10 mm Durchmesser und 27,5 mm Höhe, was die ideale Größe für das Bioprinting ist. Der Drucker selbst ist kompakt (30 cm x 40 cm x 60 cm) und kann auf einem Schreibtisch installiert werden.

3DN: Was sind die Hauptvorteile des volumetrischen Bioprintings?

Der volumetrische Druck ist aufgrund seiner außergewöhnlichen Druckgeschwindigkeit von 30 Sekunden einzigartig. Darüber hinaus ermöglicht er komplexe organische Formen mit Gefäßen und Hohlräumen in verschiedenen Ausrichtungen und mit glatten Oberflächen, wohingegen Schicht-für-Schicht-Drucker auf vertikal gestapelte Formen beschränkt sind.

Neben der Geschwindigkeit haben wir auch den großen Vorteil des berührungslosen Drucks in Glasfläschchen, die sterilisiert und wieder verschlossen werden können. Dies schützt die verwendeten Biomaterialien vor Verunreinigungen von außen und ermöglicht die Verwendung von zähflüssigeren Harzen – sogar in Gelform.

Diese Vorteile führen zu einer exzellenten Konservierung lebender Zellen: Die Lebensfähigkeit nach 7 Tagen liegt bei 80 % bis 90 %. Wir sind besonders an der Untersuchung von fragilen Zellen interessiert, die den Kräften und der Dauer des klassischen Extrusionsdrucks nicht gut standhalten können.

Der vom Schweizer Start-up entwickelte 3D-Drucker (Bildnachweis: Readily3D)

3DN: Welche Grenzen und Herausforderungen gibt es beim volumetrischen Bioprinting?

Da es sich um eine Methode handelt, bei der Lichtprojektionen durch das Harz hindurch gestrahlt werden, ist sie nicht für komplett undurchsichtige Materialien geeignet. Zu den Herausforderungen, die wir in naher Zukunft angehen wollen, gehören das Überdrucken (Multimaterialdruck) und die Verbesserung der Auflösung.

Eventuell werden wir auch die Größe des Druckvolumens verändern. Aktuell kann unter Berücksichtigung der gängigen Materialien ein Durchmesser von bis zu 100 mm erreicht werden, wobei die Höhe nicht begrenzt ist. Die Anwendungen, die wir derzeit in Betracht ziehen, erfordern jedoch einen kleineren Maßstab. Insbesondere beim Bioprinting wird der Zentimetermaßstab bevorzugt, da es schwierig ist, Zellen in größerer Zahl zu züchten.

Bildnachweis: Readily3D

3DN: Ihr Ziel ist es, Pankreasmodelle zu entwerfen, um die Diabetes-Forschung zu beschleunigen. Wie kann der 3D-Druck Ihrer Meinung nach der medizinischen Industrie helfen, neue Innovationen zu entwickeln?

Die Entwicklung neuer Therapien basiert oft auf groß angelegten Versuchen mit Dutzenden oder sogar Hunderten von Molekülkombinationen. Mit dem 3D-Bioprinting können Organteile hergestellt werden, an denen diese Tests schnell, kontrolliert und wiederholbar durchgeführt werden können. Zudem sind sie für therapeutische Versuche repräsentativer für den menschlichen Körper. Dadurch ist es möglich, im Vergleich zu herkömmlichen Zellkulturen oder aus Tieren entnommenen Geweben, schneller zuverlässige Antworten zu erhalten. Darüber hinaus ist es in einigen Fällen möglich, direkt patienteneigene Zellen zu verwenden, wodurch sehr gezielte Studien möglich sind. Die Fähigkeit, die Entwicklung von Therapien zu beschleunigen und zu personalisieren, ist im Allgemeinen der Hauptvorteil des 3D-Drucks. Letztlich werden die Werkzeuge und Verfahren, die wir heute für die Forschung entwickeln, später möglicherweise für viel ehrgeizigere Ziele eingesetzt, etwa für die Regeneration oder den Organersatz beim Patienten selbst.

Volumetrisches Bioprinting ermöglicht es, Organe schneller zu entwerfen. (Bildnachweis: Readily3D)

3DN: Was sind die zukünftigen Projekte von Readily3D?

Wir wollen unsere Kooperationen mit Forschungszentren ausbauen, um bisher ungelöste Bioprinting-Probleme anzugehen – insbesondere im Hinblick auf empfindliche Zellen und Bioprinting im großen Maßstab. In Zukunft wollen wir diese Drucktechnologie auch auf andere Bereiche wie die Audiologie und die Zahnmedizin ausweiten, wo wir bereits erste Ergebnisse haben. Der 3D-Druck schläft nicht und wir laden Sie ein, auf dem Laufenden zu bleiben, indem Sie unserer LinkedIn-Seite und unserer Website folgen.

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