3D-Druck der ersten biomimetischen Zungenoberfläche

Wissenschaftler haben erstmals synthetische weiche Oberflächen mit zungenähnlicher Textur mittels 3D-Druck hergestellt. Diese Entwicklung soll neue Möglichkeiten zur Prüfung der oralen Verarbeitungseigenschaften von Lebensmitteln, Ernährungstechnologien, Pharmazeutika und Trockenmundtherapien eröffnen.

Britische Wissenschaftler unter der Leitung der Universität Leeds in Zusammenarbeit mit der Universität Edinburgh haben das hochentwickelte Oberflächendesign einer menschlichen Zunge nachgebildet und gezeigt, dass ihre gedruckte synthetische Silikonstruktur die Topologie, Elastizität und Benetzbarkeit der Zungenoberfläche nachahmt.

Diese Faktoren sind ausschlaggebend dafür, wie Lebensmittel oder Speichel mit der Zunge interagieren, was wiederum das Mundgefühl, das Schlucken, die Sprache, die Nahrungsaufnahme und die Lebensqualität beeinflussen kann.

Insbesondere seit dem Ausbruch der COVID-19-Pandemie hat die soziale Distanzierung erhebliche Herausforderungen für die Durchführung solcher sensorischer Tests und Verbrauchertests mit sich gebracht. Eine biomimetische Zunge wird immens hilfreich sein, um die Produktivität der Entwicklung zu steigern und die Abhängigkeit der Hersteller von Humanstudien in der Anfangsphase zu verringern.

Die komplexe Beschaffenheit der biologischen Oberfläche der Zunge hat Herausforderungen bei der künstlichen Replikation aufgeworfen und die Entwicklung und das Screening wirksamer, lang anhaltender Behandlungen oder Therapien für Mundtrockenheit erheblich erschwert – etwa 10% der Allgemeinbevölkerung und 30% der älteren Menschen leiden an Mundtrockenheit.

Die leitende Autor Studie, Dr. Efren Andablo-Reyes, führte diese Forschung als Postdoc-Stipendiatin an der School of Food Science and Nutrition in Leeds durch.

“Die Nachbildung der Oberfläche einer durchschnittlichen menschlichen Zunge ist mit einzigartigen architektonischen Herausforderungen verbunden. Hunderte von kleinen knospenartigen Strukturen, die Papille genannt werden, geben der Zunge ihre charakteristische raue Textur, die in Kombination mit der weichen Beschaffenheit des Gewebes aus mechanischer Sicht eine komplizierte Landschaft ergibt. Wir haben unsere Aufmerksamkeit auf den vorderen dorsalen Abschnitt der Zunge gerichtet, wo einige dieser Papillen Geschmacksrezeptoren enthalten, während vielen von ihnen solche Rezeptoren fehlen.

Beide Papillenarten spielen eine entscheidende Rolle bei der Bereitstellung der richtigen mechanischen Reibung, um die Lebensmittelverarbeitung im Mund mit einer angemessenen Menge Speichel zu unterstützen, ein angenehmes Mundgefühl zu vermitteln und die richtige Schmierung beim Schlucken zu gewährleisten.

Unser Ziel war es, diese mechanisch relevanten Eigenschaften der menschlichen Zunge in einer Oberfläche nachzubilden, die im Labor leicht zu verwenden ist, um die Bedingungen der oralen Verarbeitung nachzubilden.”

Die Studie mit dem Titel “3D Biomimetic Tongue-Emulating Surfaces for Tribological Applications” wurde in der Zeitschrift ACS Applied Materials & Interfaces veröffentlicht.