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Forschende der Universität Tel Aviv stützten sich auf die Prinzipien des Origami, der japanischen Kunst des Papierfaltens, um eine originelle und innovative Lösung für ein Problem zu entwickeln, das Forschende weltweit beschäftigt: die Positionierung von Sensoren in 3D-biologisch gedruckten Gewebemodellen.
Die Studie war eine gemeinsame Anstrengung von Forschenden verschiedener Einheiten der Universität Tel Aviv: der School of Neurobiology, Biochemistry and Biophysics, dem Koum Center for Nanoscience and Nanotechnology, der Abteilung für Biomedizinische Technik, dem Sagol Center for Regenerative Medicine, der Sagol School of Neuroscience und dem Drimmer-Fischler Family Stem Cell Core Laboratory for Regenerative Medicine. Zu den Forschenden gehören Noam Rahav, Adi Soffer, Prof. Ben Maoz, Prof. Uri Ashery, Denise Marrero, Emma Glickman, Megane Beldjilali-Labro, Yakey Yaffe, Keshet Tadmor und Yael Leichtmann-Bardoogo. Die Ergebnisse wurden in der renommierten Fachzeitschrift Advanced Science veröffentlicht.
Prof. Maoz erklärt: “Der Einsatz von 3D-Biodruckern zum Drucken biologischer Gewebemodelle für die Forschung ist bereits weit verbreitet. Bei den bestehenden Technologien bewegt sich der Druckkopf hin und her und druckt Schicht für Schicht des gewünschten Gewebes. Diese Methode hat jedoch einen entscheidenden Nachteil: Das Gewebe kann nicht über eine Reihe von Sensoren gedruckt werden, die Informationen über das Innere der Zellen liefern, da der Druckkopf die Sensoren beim Druckvorgang zerstört. Wir schlagen einen neuen Ansatz für dieses komplexe Problem vor: Origami”.
Die Innovation basiert auf einer originellen Synergie zwischen Wissenschaft und Kunst. Mithilfe von CAD-Software (Computer Aided Design) entwerfen die Forschende eine multisensorische Struktur, die speziell für ein bestimmtes Gewebemodell angepasst ist und von Origami inspiriert wurde. Diese Struktur integriert verschiedene Sensoren zur Überwachung der elektrischen Aktivität oder des Widerstands von Zellen an präzise gewählten Positionen innerhalb des Gewebes. Das Computermodell wird verwendet, um eine physische Struktur herzustellen, die dann um das biogedruckte Gewebe gefaltet wird, sodass jeder Sensor an seiner vordefinierten Position innerhalb des Gewebes platziert wird. Das TAU-Team hat ihre neue Plattform MSOP – Multi-Sensor Origami Platform – genannt.
Prof. Maoz fügt hinzu: “Bei Experimenten mit biologisch gedrucktem Hirngewebe haben wir einen weiteren Vorteil unserer Plattform demonstriert: die Möglichkeit, eine Schicht hinzuzufügen, die die natürliche Blut-Hirn-Schranke (BHS) simuliert – eine Zellschicht, die das Gehirn vor unerwünschten Substanzen schützt, die im Blut transportiert werden, und die leider auch bestimmte Medikamente für Hirnerkrankungen blockiert. Die von uns hinzugefügte Schicht besteht aus menschlichen BHS-Zellen, so dass wir ihren elektrischen Widerstand messen können, der ihre Durchlässigkeit für verschiedene Medikamente anzeigt”.
Die Wirksamkeit der neuen Methode wurde an 3D-biogedruckten Gehirngeweben demonstriert, wobei die eingesetzten Sensoren die neuronale elektrische Aktivität aufzeichneten.
Die Forschenden fassen zusammen: “In dieser Studie haben wir eine ‘out-of-the-box’ Synergie zwischen wissenschaftlicher Forschung und Kunst geschaffen. Wir haben eine neuartige, vom Origami-Papierfalten inspirierte Methode entwickelt, die es ermöglicht, Sensoren an genau vordefinierten Stellen in 3D-biologisch gedruckten Gewebemodellen anzubringen, um die Zellaktivität und die Kommunikation zwischen Zellen zu erfassen und aufzuzeichnen. Diese neue Technologie ist ein wichtiger Schritt nach vorn für die biologische Forschung”.
