Erfolgreiches 3D-Bioprinting von menschenähnlichen Gefäßen

Forschern des Brigham and Women’s Hospital (BWH) in Boston, USA, ist es erfolgreich gelungen Röhrenstrukturen, welche Gefäßen des menschlichen Körpers ähneln, mit dem Einsatz von 3D-Bioprinting herzustellen.

In einem Bericht des Krankenhauses geht hervor, dass die hier genutzte 3D-Bioprinting-Technik eine bessere Replikation der Gewebeeigenschaften ermöglicht, darunter die Anzahl der Schichten oder auch die Fähigkeit, Nährstoffe zu transportieren. Somit könnten die in dieser Forschung 3D-gedruckten Röhrenstrukturen künftig eine mögliche Lösung für die Behandlung von geschädigtem Gewebe darstellen.

“Die Gefäße im Körper sind nicht einheitlich”, erklärt Dr. Yu Shrike Zhang, leitender Autor der Studie. “Diese Bioprinting-Methode erzeugt komplexe röhrenförmige Strukturen, die die des menschlichen Systems mit höherer Genauigkeit nachahmen.”

Um diese Gewebe-Strukturen bioprinten zu können, entwickelten die forschenden Experten eine spezielle “Biotinte”. Diese wurde hergestellt, indem menschliche Zellen mit einem Hydrogel, einer flexiblen Struktur aus hydrophilen Polymeren, vermischt wurden. Im Anschluss an diesen Schritt wurde das Polymer optimiert, so dass sich die menschlichen Zellen innerhalb der Mischung vermehren konnten.

Nachdem die Tinte in eine 3D-Bioprinterpatrone gefüllt wurde, kam eine speziell für dieses Vorhaben entwickelte Düse, welche am 3D-Bioprinter befestigt wurde, zum Einsatz. Diese Düse ermöglicht es röhrenförmige Strukturen mit bis zu drei Schichten kontinuierlich 3D zu drucken.

Um natürliches Gewebe möglichst detailliert nachzuahmen, wurden die röhrenförmigen Strukturen in verschiedenen Größen, Dicken sowie Eigenschaften gedruckt. Die strukturelle Komplexität von mit 3D-Bioprinting hergestelltem Gewebe ist nach Aussage von Zhang sehr wichtig, um einen brauchbaren Ersatz für natürliches Gewebe zu schaffen. Weiters bestehen die Blutgefäße eines Menschen aus mehreren Schichten sowie diversen Arten von Zellen. Dieser Punkt stellt somit auch die größte Herausforderung in der Herstellung von künstlichem jedoch realitätsnahmen Gewebe dar.

Das erfolgreiche Bioprinting der röhrenförmigen Strukturen im Brigham and Women’s Hospital stellt einen großen Fortschritt in diesem Bereich dar. Denn durch diese neue 3D-Bioprinting-Methode könnten durch Erkrankungen hervorgerufene tubuläre Gewebeschäden wie Arteriitis, Atherosklerose und Thrombose künftig wesentlich besser behandelt werden.

“Wir optimieren derzeit die Parameter und das Biomaterial noch weiter”, sagte Zhang. “Unser Ziel ist es, röhrenförmige Strukturen mit ausreichender mechanischer Stabilität zu schaffen, um sich im Körper zu erhalten.”

Publiziert wurde diese Forschung bereits unter dem Titel “Digital abstimmbarer mikrofluidischer Biodruck von mehrschichtigem Kanülengewebe” im Advanced Materials Journal.