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3D-gedruckte Mikroroboter-Träger für regenerative Medizin

Um Zellen in vivo, sprich in lebenden Organismen, zu beschädigtem Gewebe zu transportieren und dieses zu regenerieren, entwickelte ein Forscher-Team der City University of Hong Kong nun 3D-gedruckte Mikroroboter-Träger.

Dieses Vorhaben fällt in den Bereich der regenerativen Medizin. Diese nutzt Zellen aus einem gesunden Organismus, beispielsweise aus Tieren oder Pflanzen, um mit diesen Zellen krankes Gewebe wie auch Zellen zu reparieren oder gar zu ersetzen. Diese gesunden Zellen jedoch an den Zielort zu transportieren, stellt so manche Forscher und Ärzte vor eine Herausforderung.

Um eben dieser Herausforderung künftig entgegenzuwirken, entwickelten Forscher der City University of Hong Kong mit dem Einsatz von 3D-Drucktechnologien nun Mikroroboter-Träger, welche helfen sollen Zellen in lebenden Organismen zum geschädigten Gewebe zu transportieren. Diese Mikroroboter haben eine sphärische und stachlige Struktur und wurden nach Aussage der Forscher mit einem Photonic Professional GT-Laserlithographiesystem des Unternehmen Nanoscribe hergestellt. Dieses bot “genügend Flexibilität zur Optimierung der Roboterstruktur.”

“Die Lieferung von (Stamm-)Zellen in vivo erfordert eine geeignete dreidimensionale (3D) Struktur, die eine Umwelt schafft, die Zelladhäsion, Proliferation und Differenzierung unterstützt, während sie als Träger funktioniert,” so heißt es in dem Forschungsbericht.

© Science Robotics/City University of Hong Kong
/ Das strukturelle Design des Mikroroboters vor und nach dem Aussäen der Zellen.

Um die Regeneration von Gewebe und Organen in situ mechanisch zu unterstützen, stellten die Forscher gleich mehrere 3D-gedruckte Mikroroboter-Träger mit magnetischen sowie porösen Eigenschaften her. Weiters kam das Team zu dem Schluss, dass 2D-Strukturen keine geeigneten Ergebnisse lieferten, da diese schnell ihre Form verlieren.

Die Träger wurden minimal-invasiv designed, um auch auf kleine sowie komplexere Regionen des menschlichen Körpers, wie z.B. gastrointestinale Organe, das Gehirn und das Rückenmark, zugreifen zu können. Die hochauflösende 3D-Struktrierung der Mikroroboter-Träger konnte durch den Einsatz einer Zwei-Photonen-Lithographie-Technologie des Unternehmens Nanoscribe erzielt werden, während negatives Photoresist-SU-8 50 als Material genutzt wurde. Weiters wurden die Träger mit Nickel- und Titanlösungen zur magnetischen Aktivierung und Biokompatibilität beschichtet.

Erste Tests in Bezug auf die Zellkontrolle sowie -abgabe wurden bereits an Mäusen durchgeführt, indem diesen ein Schwarm von Mikrorobotern, welche HeLa-Proteinzellen trugen und Tumore erzeugen können, injiziert wurde. Hierbei zeigte sich bereits nach vier Wochen, dass sich erste Tumore in der Umgebung der injizierten Mikroroboter-Träger entwickelt haben. Um die Injektionsgenauigkeit sowie die Fähigkeit der Roboter, den viskosen Widerstand zu überwinden, zu beobachten dispergierten die Forscher die Mikro-Träger auch in das Eigelb von Zebrafisch-Embryonen. Beide Tests wurden nach Abschluss für erfolgreich empfunden.

© Science Robotics/City University of Hong Kong

Weiters gelangen die Forscher zu dem Schluss, dass die sphärische 3D-gedruckte Struktur der Mikrobotenträger „die magnetische Treiberfähigkeit verbessert, die eine einfache Fusion des Mikroroboters mit Wirtsgewebe ermöglicht und den Zelltransfer vom Roboter zum Gewebe erleichtert.“

Publiziert wurde diese Forschungsarbeit bereits unter dem Titel „Entwicklung eines magnetischen Mikroroboters zum Tragen und Liefern von Zielzellen”.

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