Die Entwicklung des 3D-Bioprintings eröffnet neue Horizonte im medizinischen Bereich, nicht nur in der regenerativen Medizin, sondern auch in der Erforschung und Entwicklung von Arzneimitteln. In diesem Zusammenhang hat sich das Unternehmen Systemic Bio, eine Tochtergesellschaft von 3D Systems, zu einem wichtigen Akteur bei der Herstellung von vaskularisiertem menschlichem Gewebe mittels hochpräziser 3D-Bioprinting-Techniken entwickelt. Sein Ziel ist es, die Art und Weise zu verändern, wie medizinische Behandlungen entworfen, getestet und optimiert werden, indem relevante menschliche Daten in Vorhersagemodelle integriert werden, um die Markteinführung neuer Medikamente zu beschleunigen. Wir haben mit Taci Pereira, CEO von Systemic Bio, gesprochen, um mehr über die Plattform, das Potential der additiven Fertigung in der Therapieentwicklung und ihre Vision für die Zukunft der Medizin auf der Basis von 3D-gedruckten biologischen Geweben zu erfahren.
3DN: Könnten Sie sich kurz vorstellen und Ihren Bezug zum 3D-Druck erläutern?
Ich bin Taci Pereira und komme ursprünglich aus Curitiba, Brasilien. Mit 18 Jahren bin ich in die Vereinigten Staaten gezogen, um an der Harvard University Bioingenieurwesen zu studieren, angetrieben von dem Wunsch, zur Entwicklung neuer Krebsbehandlungen beizutragen und Ärzten auf der ganzen Welt dabei zu helfen, mehr Patienten zu erreichen. In Harvard entdeckte ich dank der Arbeit von Professor David Mooney das Tissue Engineering. Ich war fasziniert vom Potential von Biomaterialien und Tissue Engineering, von der regenerativen Medizin und der Verabreichung von Medikamenten bis hin zur Schaffung besserer Modelle der menschlichen Physiologie und Pathologie.
Rechts: Taci Pereira.
Dieses Interesse führte dazu, dass ich als Junior-Bioingenieurin bei Allevi anfing, einem Startup, das sich mit Bioprinting befasst. Ich verbrachte viele Stunden im Labor und lernte, wie man extrusionsbasierte 3D-Drucker einsetzt, um verschiedene Gewebe herzustellen, von Knochen bis hin zu Tumoren. Da wir ein kleines Team waren, übernahm ich viele Aufgaben wie F&E, Marketing, Kundendienst und Betriebsabläufe. Wir hatten schließlich mehr als 500 Kunden weltweit und wurden in über 100 Publikationen erwähnt. Innerhalb von drei Jahren stieg ich zur wissenschaftlichen Leiterin auf und war an der Leitung des Unternehmens während seiner Übernahme durch 3D Systems beteiligt.
Nach der Übernahme blieb ich, um die neue Abteilung von 3D Systems zu leiten. Das gab mir die Möglichkeit, mit industrietauglicher 3D-Bioprinting-Technologie zu arbeiten, zu lernen, wie ein börsennotiertes Unternehmen funktioniert, und neue Verfahren wie den lichtbasierten Druck zu erforschen. Etwa ein Jahr später gründeten wir Systemic Bio.
3DN: Was ist Systemic Bio? Wie kam es zu der Idee, dieses Unternehmen zu gründen?
Systemic Bio ist eine Tochtergesellschaft von 3D Systems, die gegründet wurde, um deren industrielle Bioprinting-Technologie für die Entdeckung und Entwicklung von Arzneimitteln einzusetzen. Obwohl 3D-Bioprinting oft mit regenerativer Medizin oder implantierbaren Geweben in Verbindung gebracht wird, hat es auch ein enormes Potential, die Art und Weise zu verbessern, wie wir Krankheiten untersuchen und neue Therapien entwickeln, indem wir diese Therapien an funktionellen menschlichen Gewebemodellen testen.
Die Idee zu Systemic Bio entstand 2018, als ich den Boom von KI und Maschinellem Lernen (ML) in der Biotechnologie beobachtete, insbesondere bei Unternehmen wie Insitro. Ich bewunderte die Arbeit von Daphne Koller und verfolgte aufmerksam, wie computergestützte Werkzeuge in der Biologie eingesetzt wurden. Aber mir fiel eine wichtige Lücke auf: KI-Modelle sind nur so gut wie die Daten, mit denen sie trainiert werden. Wenn wir präklinische Modelle verwenden, die oft keine Vorhersagen über Ergebnisse beim Menschen treffen können, führt uns die KI nur schneller zum Scheitern, was zwar Zeit sparen mag, aber nicht das gesamte Problem löst.
Damals kam mir die Idee, eine In-silico-Plattform zu schaffen, die auf für den Menschen relevanten Daten aus biogedruckten Geweben basiert. Dazu benötigte ich jedoch einen skalierbaren und reproduzierbaren Bioprinting-Prozess, den es damals noch nicht gab. Durch die Übernahme von Allevi erhielt ich Zugang zu der jahrzehntelangen Erfahrung von 3D Systems im Bereich der leistungsstarken additiven Fertigung. Anschließend gründeten wir im August 2022 Systemic Bio mit einer Finanzierung von 15 Millionen Dollar, um biogedrucktes Gewebe in großem Maßstab herzustellen und Daten zu generieren, die bessere Entscheidungen in der Arzneimittelentwicklung ermöglichen.
3DN: Können Sie uns mehr über Ihre 3D-Bioprinting-Technologie erzählen?
Wir verwenden die von 3D Systems entwickelte lichtbasierte Bioprinting-Technologie in Industriequalität. Damit können wir hochauflösende und leistungsstarke vaskularisierte Hydrogelkonstruktionen herstellen. Die Gerüste werden qualitätskontrolliert, funktionalisiert und zelluliert, um menschliches Gewebe zu modellieren. Unsere Plattform kann unter einem Qualitätsmanagementsystem jeden Monat Tausende von konsistenten Gewebemodellen generieren, was sowohl interne Forschung und Entwicklung als auch Partnerschaften mit Pharmaunternehmen ermöglicht.
3DN: Welche Vorteile bietet die additive Fertigung für die Entdeckung und Entwicklung von Arzneimitteln?
Die additive Fertigung bietet entscheidende Vorteile für die Arzneimittelentdeckung. Erstens ermöglicht sie die Herstellung biomimetischer Strukturen, komplexer und naturähnlicher Geometrien, die mit herkömmlichen Methoden nur schwer zu realisieren sind. Zweitens umfasst die Arzneimittelforschung unzählige Wirkmechanismen und Krankheitsmodelle, sodass Flexibilität von entscheidender Bedeutung ist. Schließlich können wir Designs und Zelltypen leicht anpassen, ohne die Hardware ändern zu müssen – wir müssen lediglich die Designdatei aktualisieren.
Diese Modularität macht es kostengünstig und in hohem Maße anpassbar. Im Vergleich zu traditionellen Methoden wie dem Spritzgießen ermöglicht es auch eine schnellere Iteration und schnelle Prototypenerstellung, was für die Optimierung von Gewebemodellen unerlässlich ist. Die derzeit größte Einschränkung besteht darin, Konsistenz und Reproduzierbarkeit in großem Maßstab zu gewährleisten. Und genau das ist eine der Herausforderungen, denen sich Systemic Bio stellt.
3DN: Wie sehen Sie die Zukunft des 3D-Drucks in der Medizin?
Der Bioprinting wird die Medizin in vielerlei Hinsicht verändern. Kurzfristig treten wir in das Zeitalter der Gewebetherapie ein, einer neuen Art von Therapien, bei denen wir, anstatt ein komplettes Organ zu entwerfen, funktionelle Gewebekonstruktionen bioprinten können, die die Funktion von Organen verbessern oder unterstützen. Diese Gewebe sind einfacher herzustellen, können an spezifische Anwendungen angepasst werden und auch als fortschrittliche Systeme zur Verabreichung von Medikamenten dienen.
Bei Systemic Bio ist es unser Ziel, Millionen von vaskularisierten Geweben zu drucken, die zur Erstellung von Computermodellen menschlicher Organe und Systeme verwendet werden können. Diese Gewebe bilden die Grundlage für groß angelegte Datensätze: Bibliotheken verschiedener therapeutischer Modalitäten, die an verschiedenen Gewebetypen und in verschiedenen biologischen Kontexten getestet wurden. Indem wir jede Gewebereaktion mit wichtigen Therapieattributen (d. h. Struktur, Dosierung, Wirkmechanismus usw.) kennzeichnen, können wir KI-/ML-Modelle trainieren, um die Sicherheit und Wirksamkeit in verschiedenen Anwendungskontexten vorherzusagen, z. B. Lebertoxizität, Herzsicherheit oder Tumoransprechen.
Stellen wir uns vor, wir könnten eine neue Therapie in dieses System eingeben und ein Organ-für-Organ-Sicherheitsprofil sowie eine krankheitsspezifische Wirksamkeitsprognose erhalten, die alle auf für den Menschen relevanten Daten basieren. Das ist die Zukunft, auf die wir zusteuern. Wir wollen auf dem Menschen basierende Vorhersagemodelle erstellen, die die Entwicklung von Medikamenten radikal beschleunigen und deren Risiken verringern können.
Langfristig verfolgt die Branche natürlich weiterhin ihr ehrgeizigstes Ziel: den Biodruck voll funktionsfähiger und transplantierbarer Organe. Endlich treten wir in eine Ära ein, in der sich die entscheidenden Faktoren zusammenfügen. Dies gilt für den Bioprinting im industriellen Maßstab, die fortschrittliche Automatisierung und die regulatorische Unterstützung, einschließlich der FDA, für alternative Methoden zu Tierversuchen. Um diese Zukunft zu verwirklichen, müssen wir jedoch weiterhin der Reproduzierbarkeit, der Skalierbarkeit und der klinisch bedeutsamen Validierung Vorrang einräumen. Wenn wir dies tun, wird Bioprinting die Medizin nicht nur ergänzen, sondern neu definieren.
Das Team von Systemic Bio.
3DN: Haben Sie noch ein paar abschließende Worte an unsere Leserschaft?
Habt Geduld, das braucht Zeit. Als ich vor fast zehn Jahren in den Bereich des Bioprintings einstieg, sprachen die Leute bereits davon, innerhalb von fünf bis zehn Jahren ganze Organe zu drucken. Auch wenn wir diesem Ziel heute viel näher sind, ist die Realität doch, dass die Biotechnologie auf einer ganz anderen Zeitskala arbeitet. Der Fortschritt ist real, aber er ist schrittweise und oft komplex.
Seien wir ehrgeizig, aber auch realistisch. Konzentrieren wir uns darauf, Technologien zu entwickeln, die funktionieren, und wertvolle, reproduzierbare Daten zu generieren, die uns diesen langfristigen Zielen näher bringen. Das Versprechen des Bioprintings ist immens, aber um es zu verwirklichen, bedarf es Ausdauer, Sorgfalt und eines tiefen Engagements, die richtigen Probleme zu lösen.
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*Bildnachweise: Systemic Bio