Neues hochauflösendes 3D-Druckharz für Gewebe dank der Forscher der Otago Universität

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An der University of Otago Christchurch, Neuseeland, hat ein Team von Forschern ein 3D-Druckharz entwickelt, das kleine Merkmale des menschlichen Körpers exakt kopieren kann. Vorbelastet mit Zellen dient das Harz als Zellbaustein für das Wachstum von synthetischem Gewebe, das dann für Experimente und möglicherweise für regenerative Therapien genutzt werden kann.

Otago-Forscher Tim Woodfield sagt, dass das neue Material in der Lage ist, 3D-Druckstrukturen im Mikromaßstab zu erzeugen, die mit anderen Bioprinting-Techniken konkurrenzlos sind.

Hochauflösender 3D-Biodruck

Obwohl 3D-Bioprinting ein großes Potenzial für die Reproduktion von menschlichem Gewebe aufweist, ist es immer noch schwierig, Strukturen zu schaffen, die die zelluläre Mikrostruktur exakt nachahmen können, insbesondere mit Technologien wie FDM/FFF.
Beispielsweise misst eine typische menschliche Hautzelle zwischen 25 und 40 µm2 – das sind 10 – 25μm kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haares.

Das mit der DLP-Technologie gedruckte Otago-Harz, erzeugt Merkmale, die typischerweise zwischen 25 und 50 liegen μm, Strukturen, die laut Woodfield „nicht durch Extrusionsbioprinting hergestellt werden können“.

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3D gedruckter Knochen und Knorpel

Das Otago-Harz wird aus zwei verschiedenen Arten von Hydrogelen hergestellt. Beim 3D-Bioprinting wird das Harz zusätzlich mit Stammzellen beladen, die zum Wachstum und zur Vermehrung angeregt werden.

Zusammen bieten die Hydrogele die perfekte Umgebung, um über 90% der Zellen über einen Zeitraum von 21 Tagen am Leben zu erhalten.

Die jüngste Untersuchung des Materials hat auch gezeigt, dass das Harz in der Lage ist, Knochen- und Knorpelgewebesynthese durchzuführen.

Eine neue Plattform für Drogentests

Eine wichtige überbrückte Komplikation der Otago-Forschung ist die Eliminierung von zellschädigenden Inhaltsstoffen, die sonst in DLP/SLA-Harzen enthalten sind.

Dr. Khoon Lim, Hauptautor der Studie, erklärt: „Diese Harze enthalten oft organische Lösungsmittel oder toxische Chemikalien und erfordern Fotoinitiatoren, die nur in toxischen organischen Lösungsmitteln löslich sind.Um unsere Harze’bio‘ herzustellen, haben wir eine Kombination aus Makromeren (photoreaktives PVA-MA und Gel-MA) und dem Photoinitiator Ruthenium verwendet. Alle diese Komponenten sind wasserlöslich und nicht zytotoxisch für Zellen.“

Der nächste Schritt der Studie ist die Anwendung des Materials auf 3D-Drucken von Leber- und Krebsmodellen für Drogentests und weitere Forschungen.

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Eine 3D-Bioevolution

Die Anwendung der Lithographie auf die 3D-Biofabrikation wird in der medizinischen Forschung immer mehr zum Trend.
Das Verfahren erweist sich insbesondere in der Mikrofluidik als besonders geeignet. Vor kurzem hat die 3D-Druckindustrie auch das Brigham and Women’s Hospital und die Forscherin der Harvard Medical School, Yu Shrike Zhang, zu SLA-basiertem 3D-Bioprinting befragt.