Bioinks zum Drucken von Therapeutika in 3D

Ein Forscherteam der Texas A&M University hat eine innovative Methode entwickelt, Therapeutika in 3D für die regenerative Medizin zu drucken.

3D-Bioprinting ist eine vielversprechende Methode zur schnellen Herstellung von zellhaltigen Konstrukten für das Design neuer, gesunder, funktioneller Gewebe. Eine der größten Herausforderungen beim 3D-Bioprinting ist jedoch die mangelnde Kontrolle über die Zellfunktionen. Wachstumsfaktoren, die eine spezielle Klasse von Proteinen darstellen, können das Schicksal und die Funktionen der Zellen steuern. Diese Wachstumsfaktoren können jedoch nicht einfach über einen längeren Zeitraum in eine 3D-gedruckte Struktur eingebaut werden.

In einer kürzlich von Texas A&M durchgeführten Studie mit dem Namen “Printing Therapeutic Proteins in 3D using Nanoengineered Bioink to Control and Direct Cell Migration“ haben Forscher des Labors von Dr. Akhilesh K Gaharwar am Department of Biomedical Engineering einen Bioink formuliert, der aus mineralischen 2D-Nanopartikeln besteht, um Therapeutika mit Sequestrierung und 3D-Druck an bestimmten Stellen zu binden. Ihre Ergebnisse wurden in Advanced Healthcare Materials veröffentlicht.

Das Team hat eine neue Klasse von Hydrogel-Bioinks entwickelt – 3D-Strukturen, die beträchtliche Mengen an mit therapeutischen Proteinen beladenem Wasser absorbieren und speichern können. Diese Bioink besteht aus einem inerten Polymer, Polyethylenglykol (PEG), und ist für das Tissue Engineering von Vorteil, da es das Immunsystem nicht provoziert. Aufgrund der geringen Viskosität der PEG-Polymerlösung ist es jedoch schwierig, diese Art von Polymer in 3D zu drucken. Um diese Einschränkung zu überwinden, hat das Team festgestellt, dass die Kombination von PEG-Polymeren mit Nanopartikeln zu einer interessanten Klasse von Bioink-Hydrogelen führt, die das Zellwachstum unterstützen und im Vergleich zu Polymer-Hydrogelen für sich eine verbesserte Bedruckbarkeit aufweisen können.

Diese neue Technologie, die auf einer von Professor Gaharwar entwickelten Nanoclay-Plattform basiert, kann zur präzisen Abscheidung von Proteintherapeutika verwendet werden. Diese Bioink-Formulierung verfügt über einzigartige Scherverdünnungseigenschaften, mit denen das Material eingespritzt werden kann, schnell aufhört zu fließen und dann aushärtet, um an Ort und Stelle zu bleiben, was für 3D-Bioprint-Anwendungen äußerst wünschenswert ist.

“Diese Formulierung unter Verwendung von Nanoton maskiert das Therapeutikum, das für eine erhöhte Zellaktivität und -proliferation von Interesse ist”, sagte Dr. Charles W. Peak, leitender Autor der Studie. “Darüber hinaus könnte die verlängerte Abgabe des bioaktiven Therapeutikums die Zellmigration in 3D-gedruckten Gerüsten verbessern und zur schnellen Vaskularisierung von Gerüsten beitragen.”

Gaharwar sagte, die verlängerte Abgabe des Therapeutikums könne auch die Gesamtkosten senken, indem die therapeutische Konzentration verringert und die mit supraphysiologischen Dosen verbundenen negativen Nebenwirkungen minimiert würden.

“Insgesamt liefert diese Studie einen Grundsatznachweis für das Drucken von Proteintherapeutika in 3D, mit denen die Zellfunktionen gesteuert und gesteuert werden können”, sagte er.