Neues 3D-Druck-Material und Hochpräzisionsdrucker schaffen eine körperähnliche Mikro-Umgebung

Ein neuartiges Material für den 2PP 3D-Druck wird zu einer bahnbrechenden Innovation auf dem Markt der In-vitro-Fertilisation (IVF) beitragen. UpFlow, ein von der UpNano GmbH (Österreich) entwickeltes photopolymerisierendes Material, ermöglicht den schnellen und präzisen 3D-Druck von mikrofluidischen Chips für eine neuartige dynamische Zellkultur. Von IVF-Spezialisten Fertilis Pty Ltd (Australien) entwickelt, bieten diese eine optimal kontrollierte und weniger variable Umgebung für Embryonen vor der Implantation und ahmt den menschlichen Körper besser nach als andere derzeit auf dem Markt erhältliche Produkte. Mit den auf dem NanoOne 2PP 3D-Drucker von UpNano gefertigten Chips kann die Zahl der Implantationszyklen, die üblicherweise für eine Schwangerschaft erforderlich sind, um 30 bis 40 % reduziert werden, was den Patientinnen emotionalen und finanziellen Stress ersparen würde.

Die In-vitro-Fertilisation (IVF) ist eine stressige Zeit. Nicht nur für die Eltern, sondern auch für die Embryonen. Um sie sicher und gesund zu erhalten, müssen sie während der Präimplantationsphase wiederholt wechselnden Bedingungen ausgesetzt werden. Dies verursacht nicht nur erheblichen Stress, sondern erhöht auch das Risiko eines Misserfolgs, was wiederholte IVF-Zyklen erforderlich macht. Um den Stress für den Embryo zu verringern und die Erfolgsraten der IVF zu erhöhen, hat Fertilis eine einzigartige Umgebung für die kritische Lebensphase zwischen Befruchtung und Einnistung des Embryos entwickelt und patentiert. Dieses erste 3D-gedruckte Mikro-Zellkulturlabors weist Strukturen mit einem Durchmesser von 0,05 mm auf, ermöglicht so eine präzise Überwachung und Steuerung des Kultivierungsprozesses der befruchteten Eizelle und erspart das Verschieben von Zellen zwischen Petrischalen.

Und genau diese winzigen Strukturen – Kanäle mit einem Durchmesser kleiner als ein menschliches Haar – erwiesen sich bei der Produktion als Herausforderung – vor allem mit Materialien und Druckern anderer Hersteller. Denise Hirner, COO und Mitgründerin von UpNano, erklärt den Vorteil der neuesten Ergänzung des Materialportfolios des Unternehmens: „UpFlow bietet eine niedrigere Viskosität als jedes andere 2PP-Material mit vergleichbarer Biokompatibilität. Dies ermöglicht eine weitaus bessere Nachbearbeitung, insbesondere die Spülung der sehr feinen Kanäle, um unpolymerisiertes Material zu entfernen und die Reproduzierbarkeit der Strukturelemente zu gewährleisten.” UpNano erreichte dies durch die Auswahl spezieller Basisharze für das UpFlow-Material, die die Viskosität des Materials niedrig halten, bis eine abschließende UV-Belichtung das Material aushärtet und es gebrauchsfertig macht. Zu den weiteren Vorteilen des Materials gehören eine hohe optische Transparenz – wodurch es sich ideal für mikroskopische Inspektionen der inkubierten Embryonen eignet – und eine sehr geringe Autofluoreszenz.

Fertilis verwendet UpFlow mit einem NanoOne-Drucker, der kürzlich an die Australian National Fabrication Facility (ANFF) an der University of South Australia geliefert wurde. Dieser Drucker verbessert nicht nur die Qualität der 3D-gedruckten mikrofluidischen Chips für die Inkubation von Embryonen, sondern auch die Produktionsgeschwindigkeit, wie Marty Guavin, CEO von Fertilis, erklärt: “Früher dauerte der 3D-Druck unserer Chips ganze zwei Wochen. Jetzt sind es nur noch 4 Stunden. Das ist eine außergewöhnliche Beschleunigung des Produktionsprozesses. Und das Beste ist, dass der Einsatz von UpFlow zu einer besseren Produktqualität führt als zuvor.”

Aber damit hört die Verbesserung des Produktionsprozesses nicht auf. Die Verwendung eines NanoOne ermöglicht es auch, die Vorteile seiner adaptiven Auflösungstechnologie voll auszuschöpfen. Diese kann die Fokusbreite des Laserstrahls während des Drucks modulieren. Auf diese Weise können größere und kleinere Strukturen in einem Durchgang gedruckt werden, was die Produktionszeit und die Qualität erhöht. Denise Hirner ergänzt: “Die mikrofluidischen Chips von Fertilis haben sowohl feinste Kanäle als auch größere Strukturen, die sie mit den für den Inkubationsprozess notwendigen Schläuchen verbinden. Da der NanoOne in der Lage ist, in verschiedenen Größenordnungen – von Nanometern bis zu Zentimetern – zu drucken, kann er dies alles in einem einzigen Produktionszyklus herstellen.” Dadurch wird der dichte Sitz der Schläuche an den Anschlüssen sichergestellt und das Risiko eines Auslaufens eliminiert.

Zusammengenommen schützen die mit UpFlow auf einem NanoOne-Drucker hergestellten mikrofluidischen Chips den Embryo und ermöglichen einen automatischen Wechsel des Nährmediums, das den Embryo umgibt. Dies bietet die optimalste Wachstumsumgebung, die jemals für IVF entwickelt wurde. Marty Guavin fügt hinzu: “Unser Mikro-Zellkulturlabor ermöglicht die Befruchtung, die Embryokultur und die Kryokonservierung von Embryonen in einer einzigen Struktur – die Embryonen müssen nicht mehr von Hand bewegt werden. Das erhöht die Erfolgsquote erheblich und reduziert Zeit, Kosten und Stress für die Eltern.” Für UpNano zeigt die Entwicklung von UpFlow einmal mehr das enorme Potenzial des 2PP-3D-Drucks für die Zell- und Medizinforschung auf. Dieses demonstrierte UpNano auch mit der Einführung von X Hydrobio INX U200, dem einzigen kommerziell erhältlichen Harz, das die Einbettung lebender Zellen direkt von einer Kulturplatte in hochpräzise 3D-gedruckte Strukturen für biologische Anwendungen ermöglicht.