{"id":63024,"date":"2019-05-13T06:42:14","date_gmt":"2019-05-13T04:42:14","guid":{"rendered":"https:\/\/rss.nova-institut.net\/public.php?url=http%3A%2F%2Fwww.innovations-report.de%2Fhtml%2Fberichte%2Fbiowissenschaften-chemie%2Fbioprinting-biologisches-gewebe-aus-dem-3d-drucker.html"},"modified":"2019-05-12T15:45:04","modified_gmt":"2019-05-12T13:45:04","slug":"biologisches-gewebe-aus-dem-3d-drucker","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/biologisches-gewebe-aus-dem-3d-drucker\/","title":{"rendered":"Biologisches Gewebe aus dem 3D-Drucker"},"content":{"rendered":"

Ein Forscherteam des Fraunhofer-Instituts f\u00fcr Grenzfl\u00e4chen- und Bioverfahrenstechnik IGB entwickelt und optimiert seit Jahren in Kooperation mit der Universit\u00e4t Stuttgart Biotinten, die sich f\u00fcr die additive Fertigung eignen. Indem die Forscherinnen und Forscher die Zusammensetzung des Biomaterials variieren, k\u00f6nnen sie ihr Portfolio um Knochen- und Vaskularisierungstinten erweitern. Damit haben sie Grundlagen f\u00fcr die Herstellung knochenartiger Gewebestrukturen mit Anlagen zu Kapillarnetzwerken erarbeitet.<\/strong><\/p>\n

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\u00a9 Fraunhofer IGB
Dr. Kirsten Borchers justiert die Druckd\u00fcse.<\/figcaption><\/figure>\n

Der 3D-Druck hat nicht nur in der Produktion Einzug gehalten, auch in der regenerativen Medizin gewinnt er zunehmend an Bedeutung: Mittels 3D-Druck lassen sich ma\u00dfgeschneiderte biovertr\u00e4gliche Gewebeger\u00fcste erzeugen, die in Zukunft irreparabel gesch\u00e4digtes Gewebe ersetzen sollen. Auch am Fraunhofer IGB in Stuttgart arbeitet ein Forscherteam daran, biologische Implantate per 3D-Druckverfahren im Labor herzustellen. Schicht f\u00fcr Schicht drucken die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Fl\u00fcssigkeiten, bestehend aus Biopolymeren wie Gelatine oder Hyalurons\u00e4ure, w\u00e4ssrigem N\u00e4hrmedium und lebenden Zellen, bis ein 3D-Objekt entstanden ist, dessen Form zuvor programmiert wurde. Diese Biotinten bleiben w\u00e4hrend des Drucks flie\u00dff\u00e4hig, danach werden sie mit UV-Licht bestrahlt, wobei sie zu Hydrogelen, sprich wasserhaltigen Polymernetzwerken, vernetzen.<\/p>\n

Biomolek\u00fcle gezielt chemisch modifizieren<\/h3>\n
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\u00a9 Fraunhofer IGB
Spritzen mit verschiedenen Biotinte-Formulierungen.<\/figcaption><\/figure>\n

Die Biomolek\u00fcle lassen sich gezielt chemisch modifizieren, sodass die resultierenden Gele unterschiedliche Festigkeiten und Quellbarkeiten aufweisen. Somit k\u00f6nnen Eigenschaften von nat\u00fcrlichen Geweben nachgebildet werden \u2013 von festem Knorpel bis hin zu weichem Fettgewebe. Das Spektrum an einstellbarer Viskosit\u00e4t ist breit. \u00bbBei 21 Grad Raumtemperatur ist Gelatine fest wie ein Wackelpudding \u2013 so kann sie nicht gedruckt werden. Damit dies nicht passiert und wir sie unabh\u00e4ngig von der Temperatur prozessieren k\u00f6nnen, maskieren wir die Seitenketten der Biomolek\u00fcle, die daf\u00fcr zust\u00e4ndig sind, dass die Gelatine geliert\u00ab, erl\u00e4utert Dr. Achim Weber, Leiter der Gruppe \u00bbPartikul\u00e4re Systeme und Formulierungen\u00ab, eine der Herausforderungen des Verfahrens.<\/p>\n

Ein weitere H\u00fcrde: Damit die Gelatine bei einer Temperatur von etwa 37 Grad nicht flie\u00dft, muss sie chemisch vernetzt werden. Um dies zu erreichen, wird sie zweifach funktionalisiert: Alternativ zu den nicht vernetzbaren, maskierenden Acetylgruppen, die ein Gelieren verhindern, baut das Forscherteam vernetzbare Gruppen in die Biomolek\u00fcle ein \u2013 diese Vorgehensweise ist im Bereich des Bioprinting einzigartig. \u00bbWir formulieren Tinten, die verschiedenen Zelltypen und damit auch verschiedenen Gewebestrukturen m\u00f6glichst optimale Bedingungen bieten\u00ab, sagt Dr. Kirsten Borchers, Verantwortliche f\u00fcr die Bioprinting-Projekte in Stuttgart.<\/p>\n

In Kooperation mit der Universit\u00e4t Stuttgart ist es unl\u00e4ngst gelungen, zwei unterschiedliche Hydrogel-Umgebungen zu schaffen: Zum einen festere Gele mit mineralischen Anteilen, um Knochenzellen bestm\u00f6glich zu versorgen, und zum anderen weichere Gele ohne mineralische Anteile, um Blutgef\u00e4\u00dfzellen die M\u00f6glichkeit zu geben, sich in kapillar\u00e4hnlichen Strukturen anzuordnen.<\/p>\n

Knochen- und Vaskularisierungstinte<\/h3>\n

Auf Basis ihres verf\u00fcgbaren Materialbaukastens konnten die Forscherinnen und Forscher Knochentinte herstellen \u2013 die darin verarbeiteten Zellen sollen in die Lage versetzt werden, das Originalgewebe zu regenerieren, also selber Knochengewebe zu bilden. Das Geheimnis der Tinte ist eine spezielle Mischung aus dem pulverf\u00f6rmigen Knochenmineral Hydroxylapatit und aus Biomolek\u00fclen. \u00bbDie beste k\u00fcnstliche Umgebung f\u00fcr die Zellen ist die, die den nat\u00fcrlichen Bedingungen im K\u00f6rper m\u00f6glichst nahekommt. Die Aufgabe der Gewebematrix \u00fcbernehmen in unseren gedruckten Geweben daher Biomaterialien, die wir aus Bestandteilen der nat\u00fcrlichen Gewebematrix herstellen\u00ab, erkl\u00e4rt die Wissenschaftlerin.<\/p>\n

Die Vaskularisierungstinte bildet weiche Gele, in der sich Kapillarstrukturen etablieren konnten. Hierbei werden Zellen, die Blutgef\u00e4\u00dfe bilden, in die Tinten eingebracht. Die Zellen bewegen sich, wandern aufeinander zu und formen Anlagen von Kapillarnetzwerken aus kleinen r\u00f6hrenf\u00f6rmigen Gebilden. W\u00fcrde dieser Knochenersatz implantiert, so w\u00fcrde der Anschluss des biologischen Implantats an das Blutgef\u00e4\u00dfsystem des Empf\u00e4ngers wesentlich schneller funktionieren als bei Implantaten ohne kapillar\u00e4hnliche Vorstrukturen, wie in der Literatur nachzulesen ist. \u00bbOhne Vaskularisierungstinte ist erfolgreicher 3D-Druck von gr\u00f6\u00dferen Gewebestrukturen vermutlich nicht m\u00f6glich\u00ab, sagt Weber.<\/p>\n

J\u00fcngstes Forschungsprojekt des Stuttgarter Forscherteams ist die Entwicklung von Matrices f\u00fcr die Regeneration von Knorpel. \u00bbF\u00fcr alle K\u00f6rperzellen, die wir aus Gewebe isolieren und im Labor vermehren, m\u00fcssen wir dazu eine Umgebung schaffen, in der sie ihre spezifischen Funktionen auch \u00fcber l\u00e4ngere Zeit erf\u00fcllen k\u00f6nnen\u00ab, schildert Lisa Rebers, Bioingenieurin im Team.<\/p>\n

Im Stuttgarter Leistungszentrum \u00bbMass Personalization\u00ab treibt das Fraunhofer IGB gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut f\u00fcr Produktionstechnik und Automatisierung IPA\u00a0und der Universit\u00e4t Stuttgart seine Forschungsarbeiten voran. In der Querschnitts-Arbeitsgruppe \u00bbAdditive4Life\u00ab entstehen neue Technologien und druckbare Biomaterialien f\u00fcr das Bioprinting.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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