Forscher erzeugen mit dem volumetrischen 3D-Bioprint-Verfahren frei geformte Gewebestrukturen

Ein Team des Universitätsklinikums Utrecht (UMC) und der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) in der Schweiz hat ein volumetrisches 3D-Bioprinting-Verfahren entwickelt, das von der Projektion von sichtbarem Licht inspiriert ist und frei geformte Gewebestrukturen erzeugt.

Wie aus der in Advanced Materials veröffentlichten Studie hervorgeht, basiert das aktuelle Bioprinting auf der schichtweisen Abscheidung und dem Zusammenbau sich wiederholender Bausteine ​​wie zellbeladener Hydrogelfasern oder zellulärer Aggregate.

Biofabrikationstechnologien wie Stereolithographie und extrusionsbasiertes Drucken revolutionieren die Herstellung komplexer Gewebe. Das derzeitige Paradigma beim Bioprinting beruht auf der additiven schichtweisen Abscheidung und dem Aufbau sich wiederholender Bausteine, typischerweise zellbeladener Hydrogelfasern oder Voxel, einzelner Zellen oder zellulärer Aggregate. Die Skalierbarkeit dieser additiven Fertigungstechnologien ist durch ihre Druckgeschwindigkeit begrenzt, da langwierige Biofabrikationsprozesse die Zellfunktionalität beeinträchtigen. Um diese Einschränkungen zu überwinden, wird das volumetrische Bioprinting klinisch relevanter anatomisch geformter Konstrukte in einem Zeitrahmen von Sekunden bis zu einigen zehn Sekunden beschrieben. Ein von der optischen Tomographie inspirierter Druckansatz, der auf der Projektion von sichtbarem Licht basiert, wurde entwickelt, um zellbeladene Gewebekonstrukte mit hoher Lebensfähigkeit (> 85%) aus auf Gelatine basierenden photoresponsiven Hydrogelen zu erzeugen. Es werden Freiformarchitekturen erhalten, die mit herkömmlichem Druck nur schwer reproduzierbar sind, einschließlich anatomisch korrekter Trabekelknochenmodelle mit eingebetteten angiogenen Sprossen und Meniskustransplantaten. Letztere reifen in vitro, während die bioprintierten Chondroprogenitorzellen die Neofibroknorpelmatrix synthetisieren. Darüber hinaus werden freischwebende Strukturen erzeugt, wie das Drucken von funktionellen Hydrogel-basierten Kugel-und-Käfig-Fluidventilen zeigt. Das volumetrische Bioprinting ermöglicht die Erzeugung geometrisch komplexer Konstrukte im Zentimeterbereich mit einer beispiellosen Druckgeschwindigkeit und eröffnet neue Möglichkeiten für die Steigerung der Produktion von Konstrukten auf Hydrogelbasis und für ihre Anwendung in der Gewebezüchtung, der regenerativen Medizin und der Softrobotik.