3D-gedrucktes Bio-Hybrid-Modell der Blut-Hirn-Schranke

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Wissenschaftler des Italienischen Instituts für Technologie, dem Istituto Italiano di Tecnologia (ITT), haben ein maßstabsgetreues Modell der Blut-Hirn-Schranke mit Hilfe von Zwei-Photonen-Polymerisation hergestellt. Das Modell soll zur Erforschung neuer therapeutischer Methoden zur Überwindung der Blut-Hirn-Schranke sowie zur Behandlung von Gehirnerkrankungen beitragen.

Die Blut-Hirn-Schranke ist eine physiologische Barriere zwischen den Flüssigkeitsräumen im Blutkreislauf und im Zentralnervensystem. Dieser selektive Filter schützt das Gehirn vor Krankheitserregern, Giften, Botenstoffen oder Medikamentenwirkstoffe die im Blut zirkulieren, während Nährstoffe zu- und Stoffwechselprodukte abgeführt werden.

3D-Druck auf der Mikroskala

Das vom ITT hergestellte Modell besteht aus einer Kombination von biologischen Komponenten, den Endothelzellen, und künstlichen Komponenten mit Submikrometerdetails aus dem 3D-Drucker von Nanoscribe. Der Photonic Professional GT 3D-Drucker basiert auf der Zwei-Photonen-Polymersiation, bei der lichtempfindliches Material Schicht für Schicht belichtet und ausgehärtet wird.

Diese Technologie hat es dem Forscherteam möglich gemacht aus flüssigem Fotolack ein detailgetreues Modell der Blut-Hirn-Schranke in tatsächlicher Größe zu drucken. Das mikrofluidische System besteht aus 50 parallel angeordneten zylindrischen Kanälen, welche durch Abzweigungen verbunden sind und gleichmäßig verteilte Poren auf den Wänden aufweisen. Die rohrförmigen Strukturen haben jeweils einen Durchmesser von 10 µm und Poren mit einem Durchmesser von 1 µm. Dieses Polymer-Gerüst wurde dann mit Endothelzellen rund um das poröse Mikrokapillar-System kultiviert. Indem sich die Zellen über die 3D-gedruckte Struktur legten entstand eine biologische Barriere, ähnlich dem natürlichen Modell.

IIT Blut Hirn Schranke 3D Druck1 - 3D-gedrucktes Bio-Hybrid-Modell der Blut-Hirn-Schranke
Das 1:1 Modell der Blut-Hirn-Barriere besteht aus 3D-gedruckten polymeren Röhrenstrukturen sowie umgebende Endothelzellen, die eine biologische Barriere bilden.

Alzheimer erforschen

Das gesamte Modell ist wenige Millimeter groß und Flüssigkeiten können mit dem gleichen Druck hindurchfließen wie Blut durch Blutgefäße. Wissenschaftler können das Hybrid-Modell nutzen um die Interaktion von Wirkstoffen und ihrer Abgabe mittels Nano-Vektoren zu verstehen.

Die Blut-Hirn-Schranke soll überwunden werden, um das zentrale Nervensystem anzusprechen. Das Hauptziel ist dabei die Entwicklung neuer therapeutischer Methoden zur Behandlung von Gehirntumoren und anderer Gehirnerkrankungen wie beispielsweise Alzheimer und Multiple Sklerose.

Die Studie „A 3D Real-Scale, Biomimetic, and Biohybrid Model of the Blood-Brain Barrier Fabricated through Two-Photon Lithography“ wurde im Wissenschaftsmagazin Small veröffentlicht. Sie ist teil des Forschungsprojektes SLaMM, welches das Ziel verfolgt neue Nanotechnologien zur Behandlung von Gehirnerkrankungen zu entwickeln.

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