Bayreuther Wissenschaftler entwickeln Druckverfahren mit Biotinte aus Hydrogelen und Fasern für die Geweberegeneration

Bioprinting oder Biodruck ist ein Bereich des 3D-Drucks der im Zentrum von Wissenschaftlern und Mediziningenieuren steht und daher beständig wächst. Anhand von Biotinten können nämlich menschenähnliche Gewebe hergestellt werden. Das Tissue Engineering beschäftigt sich eingehend mit dieser Sparte und zielt darauf ab, das Gewebe für medizinische Tests ohne Tierversuche zu nutzen. Ein weiteres großes Ziel des Bioprinting ist es aber, in den nächsten Jahren in der Lage zu sein, lebensfähige Organe per 3D-Druck zu fertigen. Neue Forschungsergebnisse von Wissenschaftlern der Universität Bayreuth zeigen hier vielversprechende Potentiale für die Herstellung von biologischem Gewebe und der Geweberegeneration. In weiterer Folge könnten diese Resultate bedeutende Fortschritte im Bioprinting und der regenerativen Medizin mit sich bringen. Unterstützt wurde die Forschung vom Sonderforschungsbereich SFB/TRR 225 der Deutschen Forschungsgemeinschaft, die sich finanziell beteiligte.

Das Forscherteam rund um Prof. Dr. Leonid Ionov, Professor für Biofabrikation, verfolgte einen neuartigen Ansatz, um mehrschichtige Biotinte-Faser-Verbundstoffe herzustellen. Dieses innovative Verfahren wurde zusammen mit dem 3D-Druck des Gewebes in einem Gerät vereint. Bereits seit 2018 wird an der Universität Bayreuth eine Technologie zum Bioprinting entwickelt, nun konnten die Forscher auch ein Gerät entwickeln und patentieren, das die Herstellung von Geweben mit faserigen Strukturen und den 3D-Druck desselben in einem Gerät erlaubt. Das Besondere am Gewebe ist neben der Faserstruktur auch, dass es eine einachsige Zellenausrichtung aufweist. Diese kommt auf natürliche Weise im Binde- und Muskelgewebe vor. Dadurch zeigt sich, dass die Ergebnisse der Bayreuther Forschungsgruppe organischem Gewebe sehr nahekommen und bedeutende Fortschritte auf dem Weg zu diesem Vorbild darstellen. Entscheidend für diese Resultate war einerseits das verwendete Material, andererseits die gleichzeitige Verarbeitung dessen.

Prof. Dr. Leonid Ionov (rechts) und weitere Wissenschaftler der Universität Bayreuth arbeiteten an der Entwicklung des neuen Druckverfahrens, das Hydrogele und Fasern kombiniert.

Als Basis für die verwendete Tinte nutzten die Forscher Hydrogele. Diese wasserenthaltenden und wasserunlöslichen Polymere, welche mit Zellen angereichert sind, kommen häufig als Gerüstmaterial im Tissue Engineering und der Biofabrikation zum Einsatz. Das ist auch der Grund, weshalb es vermehrte Forschungsprojekte in diesem Bereich zu verzeichnen gibt. Die Forschenden aus Bayreuth testeten verschiedene Hydrogele für den Gewebedruck, indem sie die Eigenschaften der Gele evaluierten und miteinander verglichen. In ihrem innovativen Verfahren kombinierten sie das Hydrogel dann mit Fasern, sodass ein neuer Verbundstoff entstand. Dadurch soll die Biotinte im Druck leichter zu verarbeiten sein, denn die Fasern sorgen für die mechanischen Eigenschaften des erhaltenen Verbundwerkstoffes und fördern die Gewebebildung. „Das Hydrogel bietet den Zellen eine wässrige Umgebung, die das gute Funktionieren der Zellen fördert, während die Fasern die Ausrichtung der Zellen entlang der Hauptrichtung der Faser steuern sollen“, erklärt Prof. Ionov und fährt fort: „Die in dieser Studie gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Bedeutung für die Herstellung von Geweben und insbesondere von Geweben mit faserigen Strukturen und einachsiger Ausrichtung der Zellen wie Binde- und Muskelgewebe.“

Das Faserspinnverfahren trägt den Namen Touch-Spinning und wurde nun in einem Gerät mit dem 3D-Druck ermöglicht. Beide Verfahren, Touch-Spinning und 3D-Biodruck waren bislang nur voneinander unabhängig möglich. Die beteiligten Wissenschaftler haben auf ihren Erkenntnissen aufbauend das Startup biovature GmbH gegründet, das von PD Dr.habil. Alla Synytska geleitet wird. Die Studie zur Herstellung des mehrschichtigen Bio-Fasern-Verbundstoffes und dessen Verarbeitung im 3D-Druck wurde im Fachmagazin Advanced Healthcare Materials veröffentlicht. Mehr dazu finden Sie HIER.

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*Bildnachweise: Universität Bayreuth