Home Forschung & Bildung Blühende 4D gedruckte Biostrukturen helfen der regenerativen Medizinforschung

Blühende 4D gedruckte Biostrukturen helfen der regenerativen Medizinforschung

Lijie Grace Zhang von der George Washington University und ihre Kollegen präsentieren das stereolithographische 4D-Bioprinting multiresponsiver Architekturen für das Neuronal-Engineering.

Forscher der George Washington University (GWU) haben eine 4D-Bioprinting-Technik entwickelt, um multi-responsive Smart-Strukturen für die Nervenregeneration zu erstellen. In einer Proof-of-Concept-Studie, die in Advanced Biosystems veröffentlicht wurde, produzierten die Forscher eine intelligente Nervenleitung, die “wie eine Blume blühen kann”.

Die Forschung im Bereich der regenerativen Medizin, die auf funktionelle künstliche Organe hinarbeitet, hat es ermöglicht, 3D-gedruckte komplexe vaskuläre Gewebestrukturen und Zellgerüste für die Reparatur der Schäden am menschlichen Körper zu erzeugen.

Der Studie zufolge bieten 3D-gedruckte Biostrukturen mit integrierten zeitabhängigen Formänderungen, also 4D-Druck, “die Möglichkeit, kompliziertere gefaltete Strukturen in biomedizinischen Geräten oder Robotik zu realisieren, sowie im Tissue Engineering, um dynamische Änderungen von native Gewebe und Organe nachzubilden.”

Die GWU-Forscher schlagen eine stereolithographische 3D-Druckmethode vor, die mit dem “universellen Konzept der stressinduzierten Formtransformation” angewendet wird, um die dynamische reversible 4D-Bewegung zu erreichen, die an eine aufblühende Blume erinnert.

Unter Verwendung eines natürlich abgeleiteten photovernetzbaren Monomers – Soybean Oil Epoxidized Acrylate (SOEA) – als eine Tinte konnte das GWU-Team eine verfestigte flache Sternstruktur als Ergebnis einer durch UV-Licht induzierten abgestuften inneren Spannung erzeugen.

Die SOEA wird dann mit Ethanol zur lösungsmittelinduzierten Relaxation gewaschen, wodurch die Struktur dynamisch in eine Klauenformation umgewandelt wird. Diese Veränderung ist autonom und reversibel. Darüber hinaus werden verschiedene Nanopartikel, wie Nanohybride mit Graphen, während des Druckprozesses zur weiteren Formmodifikation in die Strukturen eingebaut. Dieser Zusatz wurde verwendet, um Strukturen zu erzeugen, die fliegenden Vögeln ähneln.

Nach einer gründlichen Analyse kamen die Forscher zu dem Schluss, dass diese intelligenten Strukturen “herausragende multifunktionale Eigenschaften für die Nervenregeneration bieten, einschließlich physischer Führung, chemischer Auslösereiz, dynamischer Selbstentubulation und nahtloser Integration”.

“MIT DIESER FERTIGUNGSTECHNIK, MIT MULTIRESPONSIVEN SMART-ARCHITEKTUREN UND DEM AUFZEIGEN VON ANWENDUNGSPOTENZIALEN, EBNET DIESE ARBEIT DEN WEG  VON 4D-DRUCK IN VERSCHIEDENEN HOCHWERTIGEN FORSCHUNGSFELDERN.”

Die Forschungsarbeit “Stereolithographic 4D Bioprinting of Multiresponsive Architectures for Neural Engineering” wurde gemeinsam von Lijie Grace Zhang, Shida Miao, Haitao Cui, Margaret Nowicki, Lang Xia, Xuan Zhou, Se-Jun Lee, Wei Zhu, Kausik Sarkar und Zhiyong Zhang verfasst.

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