Forschern gelingt es 3D-Bioprinting durch verbesserte Methode weiterzuentwickeln

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Wissenschaftler der Osaka Universität in Japan haben es durch den Einsatz von speziellen Enzymen geschafft, eine bessere Haftung zwischen den einzelnen Biotinte-Tröpfchen beim 3D-Druck zu erzielen.

Beim 3D-Bioprinting gibt es immer noch einige technische Herausforderungen, die es zu bewältigen gilt, bevor man einer Zukunft mit 3D-gedruckten Organen entgegenblicken kann. Dazu zählt auch die dabei verwendete Biotinte – meist ein Hydrogel versetzt mit Zellen – die einerseits druckbar und stabil genug und andererseits eine optimale Basis für das Zellwachstum sein muss.

Dem Forscherteam aus Osaka ist es nun gelungen, eine bessere Haftung zwischen den einzelnen Tröpfchen dieser Biotinten zu erzielen. Möglich wird dies durch einen weiterentwickelten Ansatz basierend auf Enzymen, um die Tröpfchen zusammenzukleben. Somit lassen sich komplexere biologische Strukturen als bisher am 3D-Bioprinter drucken.

„Das Drucken von jeglichen Gewebestrukturen ist ein komplexer Vorgang,“ erklärt Shinji Saki, Autor der Studie. „Die Biotinte muss über eine Viskosität verfügen, die niedrig genug ist um mit dem Inkjet-Drucker verarbeitet werden zu können. Jedoch muss nach dem Druck auch schnell eine hochviskose, gel-ähnliche Struktur entstehen. Unser neuer Ansatz entspricht diesen Anforderungen und kommt ohne Natriumalginat aus. Das Polymer, das wir verwendeten hat zudem großes Potential zur Anpassung des Gerüstmaterials für spezielle Zwecke.“

Derzeit ist Natriumalginat das vorwiegende Geliermittel beim Inkjet-Bioprinting, jedoch nicht kompatibel mit jeder Art von Zelltypen. Daher haben die Forscher einen Ansatz entwickelt, bei dem Hydrogel und ein spezielles Enzym, nämlich Meerrettichperoxidase, eingesetzt wird. Dieses erzeugt Querverbindungen zwischen den Phenylgruppen eines zugesetzten Polymers bei gleichzeitiger Anwendungen von Oxidationsmitteln.

Da Oxidationsmittel Zellen auch beschädigen könnten, haben die Forscher durch die Trennung der Beiden in verschiedenen Tröpfchen den Kontakt limitiert. Über 90% der Zellen überlebten in Tests die bislang durchgeführt wurden. Einige komplexe Teststrukturen konnten zudem aus verschiedenen Zelltypen gedruckt werden.

Die Studie mit dem Titel „Drop-On-Drop Multimaterial 3D Bioprinting Realized by Peroxidase-Mediated Cross-Linking“ wurde im Fachjournal Macromolecular Rapid Communications veröffentlicht.