Neues 3D-Druckverfahren nutzt Eis, um künstliche Blutgefäße zu erstellen

Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass es möglich ist, mit Hilfe des 3D-Eisdrucks Strukturen zu schaffen, die Blutgefäßen im Körper ähneln. Feimo Yang, Doktorand in den Labors von Philip LeDuc und Burak Ozdoganlar an der Carnegie Mellon University, präsentiert seine Forschung dazu auf der 68. Jahrestagung der Biophysical Society.

Die Nachfrage nach Organtransplantationen übersteigt bei Weitem das Angebot, wobei jährlich etwa 6.000 Amerikaner sterben, während sie auf ein Spenderorgan warten. Die von Yang und seinem Team vorgestellte 3D-Eisdrucktechnik bietet einen innovativen Lösungsansatz für eines der größten Probleme in der Gewebezüchtung: die Schaffung funktionierender Blutgefäßnetzwerke.

Anders als herkömmliche 3D-Druckmethoden, die oft eine schichtweise Struktur aufweisen, ermöglicht diese Technik die Erstellung von sehr glatten Strukturen ohne sichtbare Schichten. Dabei wird ein Wasserstrom auf eine extrem kalte Oberfläche geleitet, wobei das Wasser nicht vollständig gefriert, sondern eine flüssige Phase an der Oberseite behält. Diese kontinuierliche, freiformbare Methode führt zu realistischen Blutgefäßkanälen.

“Unsere Methode unterscheidet sich von anderen Arten des 3D-Drucks dadurch, dass wir das Wasser während des Drucks nicht vollständig gefrieren lassen, sondern es in einer flüssigen Phase auf der Oberfläche belassen. Dieser kontinuierliche Prozess, den wir Freiform nennen, hilft uns, eine sehr glatte Struktur zu erhalten. Wir haben keinen Schichteffekt, wie er bei den meisten 3D-Druckverfahren auftritt”, erklärt Yang.

Die Forschenden nutzen schweres Wasser, dessen Wasserstoffatome durch Deuterium ersetzt sind, um einen höheren Gefrierpunkt und damit eine glattere Struktur zu erzielen. Die so erzeugten 3D-gedruckten Eistemplates werden in ein Gelatine-Material, GelMA, eingebettet. Unter UV-Licht härtet die Gelatine aus und das Eis schmilzt, wodurch realistische Blutgefäßkanäle zurückbleiben.

Yang und sein Team konnten erfolgreich Endothelzellen, ähnlich jenen in Blutgefäßen, in die hergestellten Blutgefäße einführen, wo diese bis zu zwei Wochen überlebten. Diese Methode eröffnet nicht nur neue Wege für die Transplantationsmedizin, sondern könnte auch für die Arzneimittelforschung bedeutend sein, indem sie es ermöglicht, die Wirkung von Medikamenten auf Blutgefäße zu testen oder Therapien vorab auf Patientenzellen zu prüfen.

Dieser innovative Ansatz könnte einen signifikanten Fortschritt in der Schaffung komplexer, lebensähnlicher Blutgefäßnetzwerke für die Gewebezüchtung und letztendlich für die Herstellung von Organen für Transplantationen bedeuten.