Erschwingliches Bioprinting: Gewebe auf Knopfdruck

Mit einem 3D-Drucker aus dem Elektromarkt ein lebendiges Gewebekonstrukt drucken? Bisher war dies unmöglich. Bioprinting erforderte teure Spezialgeräte. Forschenden ist es jetzt gelungen einen einfachen 3D-Drucker so zu modifizieren dass er biologische Strukturen auf Knopfdruck erstellen kann. Das ist eine Chance für kleine Labore auch in diesem Bereich zu forschen.

Benedikt Kaufmann, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Centrum für Angewandtes Tissue Engineering und Regenerative Medizin (CANTER) der Hochschule München, hat mit seinem Team eine kostengünstige Lösung entwickelt, die auf einem handelsüblichen 3D-Drucker basiert.

Die Herstellung von funktionsfähigem Gewebe, wie Knochen- oder Muskelstrukturen, ist eine Herausforderung. Ein zentrales Problem liegt in der Schaffung geeigneter Bedingungen für den Druckprozess, insbesondere in Bezug auf Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Kaufmanns Team hat es geschafft, diese Parameter durch den Einsatz von Heizfolien und wassergetränktem Zellstoff zu kontrollieren, sodass eine konstante Umgebung von 37 Grad Celsius und über 90 Prozent Luftfeuchtigkeit erreicht wird. Diese Anpassungen ermöglichen den Druck von Biomaterialien auf einer lichtdurchlässigen Glasplattform, was für die weitere Untersuchung der Strukturen unter dem Mikroskop entscheidend ist.

„Doch trotz aller Erfolge sind wir noch weit von unserem Ziel entfernt, maßgeschneidertes Gewebe im größeren Maßstab herzustellen. Um das Tissue Engineering weiterzuentwickeln, müssten Forschende auf der ganzen Welt kooperieren, Wissen generieren und teilen“, betont der Bioingenieur am Centrum für Angewandtes Tissue Engineering und Regenerative Medizin (CANTER) der Hochschule München.

Das Verfahren, das auf der maskierten Stereolithographie basiert, verwendet LEDs und ein Flüssigkristall-Display, um präzise Lichtmuster auf das Druckmaterial zu projizieren. Dadurch können Proteine gezielt vernetzt und in dreidimensionalen Strukturen ausgehärtet werden. Erste Tests zeigten, dass die mit dem modifizierten Drucker hergestellten Strukturen in ihrer Steifigkeit variieren können, was für die Herstellung von Gewebe mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften, wie Knochen oder Muskeln, entscheidend ist.

„Unsere Versuche haben gezeigt, dass sich mit dem modifizierten 3D-Drucker organische Strukturgerüste mit unterschiedlicher Steifigkeit herstellen lassen – das ist wichtig, weil beispielsweise für Knochensubstanz eine höhere Härte erforderlich ist als für Muskelgewebe“, so Kaufmann.

Kaufmanns Innovation eröffnet neuen Zugang zu Bioprinting-Technologien, insbesondere für kleinere Labore. Mit einer Open-Source-Bauanleitung können Forscher weltweit ihre eigenen kostengünstigen Bioprinter bauen und so das Tissue Engineering weiter vorantreiben.