Home Forschung & Bildung 3D-Bioprinting mit Kombucha-Nanocellulose: Neue Ansätze für die Geweberegeneration

3D-Bioprinting mit Kombucha-Nanocellulose: Neue Ansätze für die Geweberegeneration

Foto: Seoul National University of Science and Technology
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Ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Insup Noh von der Seoul National University of Science and Technology hat eine neue Methode zur Geweberegeneration entwickelt, die auf 3D-Druck und einem innovativen Bioink basiert. Die Wissenschaftler nutzen Nanocellulose aus Kombucha-SCOBY (Symbiotic Culture of Bacteria and Yeast) als Gerüstmaterial für den Druck von menschlichen Zellen. Dieses biokompatible Material könnte herkömmliche Alternativen ersetzen und ermöglicht eine nachhaltige, personalisierte Wundheilung.

Der zentrale Bestandteil der neuen Technik ist eine mit Chitosan und Kaolin verstärkte Nanocellulose-Hydrogelmatrix, die über einen digitalen Biopen aufgetragen wird. Dieser handgehaltene Applikator ermöglicht eine präzise Schicht-für-Schicht-Bioprinting-Technologie, die sowohl für unregelmäßige Wunden als auch für komplexe 3D-Strukturen genutzt werden kann. Die am 28. Oktober 2024 veröffentlichte Studie beschreibt die Methode als eine Alternative zu klassischen in vitro Tissue-Engineering-Ansätzen.

„Unser vorgefertigtes Nanocellulose-Hydrogelnetzwerk aus einer symbiotischen Kultur von Bakterien und Hefen hat das Potenzial, als Plattform-Bioink für die in vivo-Geweberegeneration zu dienen. Es kann mit verschiedenen Biomolekülen und Wirkstoffen beladen und direkt für den Bioprinting-Prozess verwendet werden“, sagt Prof. Noh.

Kombucha-SCOBY wird traditionell zur Fermentation von grünem Tee genutzt. Die von den Mikroorganismen produzierte Zellulose ist biologisch abbaubar und zellverträglich, muss jedoch für den 3D-Druck modifiziert werden. Die Forscher veränderten die rheologischen Eigenschaften der Nanocellulose durch partielle Hydrolyse mit Essigsäure, um ihre Struktureigenschaften zu optimieren. Diese Behandlung führte jedoch zu einer Verringerung der mechanischen Stabilität, die durch den Zusatz von positiv geladenem Chitosan und negativ geladenem Kaolin verbessert wurde. Diese Partikel interagieren über elektrostatische Kräfte mit der Zellulose und bilden ein stabiles Hydrogel, das sich für den 3D-Druck eignet.

Das Bioink wird direkt im Biopen gemischt, in dem gegenläufig rotierende Schrauben die Inhaltsstoffe homogen verteilen. Durch eine feine Nadel kann das Material direkt auf geschädigte Gewebebereiche aufgetragen werden. In Verbindung mit einem 3D-Bioprinter entstehen komplexe, mehrschichtige Strukturen mit hoher Auflösung, darunter verzweigte Röhren und über einen Zentimeter hohe pyramidenförmige Konstruktionen. Zusätzlich ermöglichte der Biopen das präzise Auffüllen von 3D-gedruckten Modellen mit simulierten Defekten, etwa an Schädel- oder Oberschenkelknochen.

Das Zusammenspiel aus Bioink und digitalem Biopen eröffnet neue Möglichkeiten für kosteneffiziente Gewebebehandlungen, insbesondere für großflächige und unregelmäßig geformte Wunden.

„Diese Technologie ermöglicht einen schnellen und einfachen Ein-Schritt-Prozess, bei dem das Hydrogel und der Wirkstoff gemischt und unmittelbar vor Ort auf verletzte Bereiche unterschiedlicher Form aufgetragen werden“, erklärt Prof. Noh.

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