Mikrofasern als strukturelle Basis für 3D-gedruckte Körperteile

Forscher der Penn State University in den USA haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sich ein strukturelles Gerüst aus Mikrofasern zur Gewebszüchtung herstellen lässt. Der Prozess kombiniert 3D-Druck und Elektrospinnen.

Ziel der Studie, die im Journal of Advanced Healthcare Materials veröffentlicht wurde, war es eine neuartige, günstige und effiziente Methode zu entwickeln, um hochauflösende 3D-Strukturen aus Polymerfasern in nichtleitenden Materialien herzustellen, die als Basis für Anwendungen im Tissue Engineering eingesetzt werden können.

“Wir versuchen mit Stammzellen versetzte und mit Fasern verstärkte Hydrogele – ähnlich wie bei Betonstahl – herzustellen,” sagt Justin L. Brown, Associate Professor für Biomedizintechnik. “Wenn wir dem Gel eine strukturelle Basis verleihen, können wir lebenden Zellen in definierten Mustern wachsen lassen. Die Fasern lösen sich dann schlussendlich auf und verschwinden.”

Zusätzlich zu einem regulären Desktop-3D-Drucker wurde die Methode des Elektrospinnen verwendet, um Nanometer-Fäden entweder aus einer Polymerlösung oder geschmolzenem Polymer herzustellen. Das Gerät zum Elektrospinnen ersetzt dabei den Extruder am 3D-Drucker und kann die produzierten Fasern exakt im Hydrogel platzieren, um so ein vorab bestimmtes Muster entstehen zu lassen. Auf dieser Struktur können dann Zellen wachsen, während sich das eigentliche Gerüst später auflöst. Zurück bleibt lediglich die Gewebsstruktur, die sich aus den Zellen gebildet hat. Derzeit arbeitet das Team an Geweben, die etwas kleiner als 25 mm2 sind.

Der Leitgedanke des Forschungsprojekts ist die Herstellung von größeren und komplexen Gewebekombinationen, wie beispielsweise Knochen und Knorpel. Bei derzeitigen Strategien werden die verschiedenen Gewebsarten separat hergestellt und später mit einem Klebemittel oder einem Verbindungselement zusammengefügt. Im Körper hingegen wachsen Gewebe wie Knorpel und Knochen oder Sehnen und Muskeln nahtlos aneinander.

Mit dem von den Forschern umgebauten 3D-Drucker würden sich jedoch verschiedene Muster der Fäden herstellen lassen, sodass auch ein nahtloser Übergang bei den Strukturen entsteht, an denen die Zellen später heranwachsen.