3D-gedruckte Gehirnstrukturen zur Erforschung neurodegenerativer Erkrankungen

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Wissenschaftler der Universität von Manchester versuchen mit Hilfe von 3D-Bioprinting neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer oder Parkinson näher zu erforschen. Dazu sollen 3D-gedruckte Modelle hergestellt werden, welche der neurovaskulären Einheit im Gehirn sehr ähnlich sind. 

Das Auftreten von neurodegenerativen Erkrankungen ist direkt mit der Funktionsstörung der neurovaskulären Einheit (neurovaskular unit, NVU) verbunden. Bei der NVU handelt es sich um eine funktionelle Interaktion verschiedener Zelltypen des zentralen Nervensystems. Dieses regulierte Zusammenspiel ist essentiell für eine normale Funktionsweise des zentralen Nervensystems und des Gehirns. Der Transport von Sauerstoff und Nährstoffen zum Gehirn sowie der Abtransport von toxischen Verbindungen wird dabei geregelt und so Neurodegeneration vermieden.

Durch die extrazelluläre Matrix der NVU können neurale und vaskuläre Komponenten interagieren und das Wachstum neuer Nervenzellen und Blutgefäße wird angeregt. Defekte der neurovaskulären Einheit werden daher mit dem Beginn neurodegenerativer Erkrankungen in Verbindung gebracht.

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3D-gedruckte Modelle

Um Störungen der NVU besser zu verstehen brauchen Forscher neue Modelle, welche die komplexen Interaktionen zwischen Zellen und den Bestandteilen der extrazellulären Matrix darstellen können. Auch wenn es bereit eine Reihe verschiedener Tiermodelle für diese Zwecke gibt, besteht Bedarf an menschlichen zellbasierten Modellen, die zur Erforschung der genauen Rolle von Zellen bei Krankheiten herangezogen werden können.

Fortschritt im Bereich des 3D-Bioprinting von komplexen Strukturen aus verschiedenen Zelltypen und Materialien könnte essentiell für die Herstellung solcher Modelle sein. Schicht für Schicht lassen sich so mit Hilfe von Biotinte organisierte 3D-Strukturen konstruieren. Diese beinhalten meist ein Hydrogel und entsprechende Zellen. So lassen sich beispielsweise Endothelzellen in Mustern drucken, welche die Mikrogefäße einer vaskulären Einheit nachbilden, während Nerven- und Gliazellen als Verbindungsteile gedruckt werden können um so Nervenstrukturen herzustellen.

Die Verwendung verschiedener Biotinten, beispielsweiche festere oder weichere Hydrogele, ermöglicht es den Forschern auch die mechanischen und biochemischen Signale der NVU-Modelle steuern. Durch eine spezifische Auswahl würden sich demnach komplexe und qualitativ hochwertige Strukturen fertigen lassen. Diese könnten dann bei zukünftigen Studien von neurodegenerativen Erkrankungen Anwendung finden.

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