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3D-Bioprinting ist eine fortschrittliche Technik der Gewebezüchtung, bei der komplexe Gewebe mit bioaktiven Substanzen wie lebenden Zellen und Gerüsten aufgebaut werden. Sie bietet personalisierte Lösungen für die Gewebereparatur und verringert die Immunabstoßung durch die Verwendung patientenspezifischer Zellen.
Ein vielversprechendes Material im Bereich der Bioprinting-Technologie ist bioaktives, borbasiertes Glas (BBG). In Kombination mit PCL oder Natriumalginat (SA), einem Trägermedium für Zellen und verschiedene bioaktive Substanzen, lassen sich Materialien mit hoher mechanischer Festigkeit und guter Verarbeitbarkeit herstellen. BBG zeigt sich besonders effektiv in der Knochenregeneration, da es die Bildung von Hydroxylapatit fördert und eine anpassbare Abbaurate bietet, die je nach Bedarf an die Anforderungen der Gewebereparatur angepasst werden kann.
Ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Wang Junfeng am Hefei Institutes of Physical Science der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat diese Eigenschaften genutzt, um neuartige 3D-Bioprinting-Kompositmaterialien zu entwickeln, die sowohl für die Knochen- als auch für die Weichgewebereparatur geeignet sind. Die Ergebnisse dieser Forschung wurden im International Journal of Biological Macromolecules veröffentlicht.
„Indem wir die Bioaktivität von BBG und die anpassbaren Eigenschaften dieser Materialien nutzen, bieten wir bessere Lösungen für die Gewebereparatur“, sagte Prof. Wang.
Durch die Integration von BBG in eine SA-Matrix gelang es dem Team, BBG/PCL-Komposite mit unterschiedlichen BBG-Gehalten mittels selektiver Lasersintertechnologie (SLS) zu entwickeln, die speziell für die Reparatur von Knochendefekten konzipiert sind. Die Bewertung der Porengeometrie, Porosität, mechanischen Festigkeit, Abbauverhalten und Zellkompatibilität der Materialien ergab, dass das 20% BBG-Komposit mit einer Porosität von 68,5%, einer Porengröße von 650 Mikrometern und einer Druckfestigkeit von 0,860 MPa die optimalen Eigenschaften für die Unterstützung der Knochenheilung aufweist.
Für die Reparatur von Weichgewebe setzten die Forscher auf BBG-SA-Bioinks. Mit extrusionbasierter 3D-Drucktechnologie integrierten sie BBG-Partikel in Natriumalginat, um Bioinks mit hoher Präzision und verbesserten Gelationseigenschaften zu erzeugen. Traditionelle Hydrogele haben häufig Probleme wie geringe Druckgenauigkeit und signifikante Schrumpfung während der Gelation. Die BBG-SA-Bioinks boten hier eine wirksame Lösung. Das optimale 0,5% BBG-SA-Hydrogel zeigte hervorragende Druckbarkeit, verbesserte Struktur und erhöhte Biokompatibilität, was die Zelladhäsion fördert und die Expression von Genen und Proteinen unterstützt, die mit der Reparatur von Weichgewebe verbunden sind.
„Unsere Arbeit wird das Potenzial von bioaktivem Glas in 3D-Bioprinting-Materialien erheblich verbessern und eine wichtige Forschungsgrundlage für die Entwicklung neuartiger biobasierter 3D-Druckmaterialien schaffen“, sagte Prof. Ma Kun, einer der korrespondierenden Autoren dieser Studie.
Diese Entwicklungen zeigen das enorme Potenzial von BBG in der Gewebetechnik und markieren einen wichtigen Fortschritt in der Herstellung biokompatibler 3D-Druckmaterialien.
