PetriPrinter: Eine Open-Source-Software, speziell für den Biodruck

Der Biodruck ist ein wachsendes, spannendes Gebiet, in dem die Behandlung von Krankheiten und der spätere 3D-Druck von Organen vorangetrieben werden. Biodrucker werden immer anspruchsvoller und leistungsfähiger, aber was ist mit der Software, die mit diesen 3D-Druckern verwendet wird?

In einem Beitrag mit dem Titel “Softwaretools für zellkulturbezogene 3D-Druckstrukturen” weist eine Forschergruppe darauf hin, dass die Software auf der Bioprinting-Front zurückbleibt. Um dieses Problem zu lösen, entwickelten sie ein Paket von Open-Source-Softwaretools speziell für den Bioprinting-Bereich.

Die Software, so die Forscher, ermöglicht es, Maschinenbewegungen mit Hilfe von hochrangigen Programmiersprachen präzise zu spezifizieren und leicht auf eine Charge von Gewebekulturschalen zu verteilen. Sie stellen fest, dass 3D-Drucker zwar leicht modifiziert werden können, um als Biodrucker zu dienen, aber die Biodrucksoftware unterschiedliche Anforderungen hat, die sich von der typischen 3D-Drucksoftware unterscheiden.

“Am wichtigsten ist, dass biotechnologische Anwendungen wie der Zellendruck oder die Herstellung von Umgebungen im Zellmaßstab oft genau definierte, spezialisierte Bewegungsmuster erfordern und die Fähigkeit, diese in parallelen Zielen zu reproduzieren, wie eine Reihe von Kulturschalen”, erklären sie. “Jede Maschinenbewegung durch manuelles Bearbeiten der Low-Level-G-Code-Sequenz vorzuschreiben, ist mühsam, fehleranfällig und zeitaufwendig. Aus diesem Grund haben wir ein Softwarepaket entwickelt, das Maschinenbewegungen oder G-Code Elemente durch einfache Funktionen einer übergeordneten Programmiersprache wie Python oder C# darstellen kann”.

PetriPrinter

Sie entwickelten auch eine grafische Benutzeroberfläche namens PetriPrinter, die “die programmatisch definierten Druckerbewegungen auf mehrere, in einem Raster organisierte Kulturschalen verteilt”.

Um die Wirksamkeit der Software zu demonstrieren, modifizierten die Forscher einen Ultimaker 3D-Drucker und druckten einfache PLA-Strukturen in verschiedenen Konfigurationen in Petrischalen. Um die akute Zytotoxizität des PLA zu testen, setzten sie zwei etablierte Zelllinien – 3T3-Fibroblasten und p31 Mesotheliom-Tumorzellen – unterschiedlichen Mengen an PLA aus. Nach zwei Tagen in der Kultur wurde festgestellt, dass die Lebensfähigkeit der Zellen durch die PLA nicht beeinträchtigt wurde. Auch die langfristige Zytotoxizität wurde mit einer primären Hippocampus-Neuronenkultur untersucht, und es wurde gezeigt, dass nach 7 Tagen in vitro eine Zellsterblichkeit von weniger als 2,2 auftrat.

Die Open-Source-Software der Forscher ist auf GitHub zu finden. Die Hoffnung ist, dass die Software es Wissenschaftlern ermöglicht, Bioprinting-Experimente mit sogar Standard-FFF-3D-Druckern (mit einigen Modifikationen) effektiver durchzuführen. Es ist eine spannende Tatsache, dass teure Biodruckgeräte nicht immer notwendig sind, um ernsthaft zu forschen, solange man über genügend Know-how verfügt, um einen normalen 3D-Drucker für den Druck von biologischem Material zu modifizieren. Software mag ein Stolperstein gewesen sein, aber mit dieser Studie haben die Forscher ein Werkzeug zur Verfügung gestellt, um die Forschung effektiver zu machen, ohne dass sie teurer wird.

“Um das Know-how im 3D-Druck effektiv zu vermitteln, ist eine Vereinheitlichung – eine gemeinsame Sprache – erforderlich”, so die Forscher abschließend. “Unser Ansatz kann eine Vielzahl von Objekten mit ausreichender Detailgenauigkeit und Präzision darstellen, jedoch in einer konzeptionell klareren Form als eine Folge von maschinenspezifischen low-level Bewegungsbefehlen. Wir hoffen, dass diese Plattform damit sowohl den Vertrieb als auch die Entwicklung neuer, experimentspezifischer Geräte oder In-vitro-Zelltechnologien erleichtern wird.”