#3DStartup: TissueLabs über die Herstellung künstlicher Organe durch Bioprinting

Wenn wir über 3D-Druck im medizinischen Bereich nachdenken, ist eine der spannendsten Anwendungen zweifellos das Bioprinting. Diese Methode zur Herstellung zellulärer Strukturen aus Biotinten, die mit Stammzellen hergestellt werden, fasziniert viele durch ihre vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten wie die Herstellung von Haut, Gewebe oder sogar Organen. In Anbetracht der Tatsache, dass etwa 105.909 Männer, Frauen und Kinder auf der amerikanischen Transplantationsliste stehen und jeden Tag mindestens 17 Menschen sterben, die auf ein Organ warten, ist die Möglichkeit, künstliche Organe zu schaffen, besonders faszinierend. Und obwohl bereits einige Fortschritte erzielt wurden, besteht weiterhin Forschungsbedarf. Hier kommt TissueLabs ins Spiel. Dieses Unternehmen wurde für seine Fortschritte im Bereich Bioprinting und Bioprinter für die Herstellung künstlicher Organe zu unserem 3D-Startup des Monats ernannt. Wir sprachen mit Gabriel Liguori, dem Gründer und CEO, um mehr über die Funktionsweise der Technologie und die Ziele des Unternehmens für die Zukunft zu erfahren.

3DN: Könnten Sie sich selbst und Ihre Verbindung zum 3D-Druck vorstellen?

Mein Name ist Gabriel Liguori; ich bin der Gründer und CEO von TissueLabs. Ich leite TissueLabs mit dem Ziel, künstliche Organe im Labor zu entwickeln, um die derzeitigen Grenzen der Organtransplantation zu überwinden. Ich bin Mediziner mit einem Doktortitel in kardiovaskulärer regenerativer Medizin und Thorax- und Kardiovaskularchirurgie. Ich wurde 2018 von Forbes zu den „30 Under 30“ ernannt und von MIT Technology Review als einer der innovativsten jungen Köpfe meiner Generation nominiert (MIT Innovators Under 35).

Gabriel Liguori

Ich begann während meiner Promotion mit dem Bioprinting zu arbeiten. Obwohl es nicht im Mittelpunkt meiner Dissertation stand, die sich damals in erster Linie mit Scaffold-Seeding-Techniken befasste, überzeugte ich meinen Doktorvater, einen 3D-Bioprinter anzuschaffen, damit wir gewebegeformte Gefäßtransplantate entwickeln konnten – meine Dissertation befasste sich mit neuartigen Ansätzen für das vaskuläre Tissue Engineering. Nach der Anschaffung begannen wir, Probleme mit dem System zu haben. Einige Monate später beendete ich mein Doktoratsstudium an der Universität Groningen (Niederlande) – ohne mit dem Bioprinter das zu erreichen, was ich mir vorgestellt hatte – und zog nach Brasilien, wo ich die Möglichkeit hatte, ein neues Labor für Tissue Engineering an der Universität von Sao Paulo zu eröffnen. Dort beschloss ich, einen Bioprinter von einem anderen Unternehmen zu kaufen, dem Hauptkonkurrenten des Unternehmens, mit dem ich zuvor gearbeitet hatte. Leider wurde ich auch hier immer wieder enttäuscht.

Wie es das Schicksal wollte, lernte ich meinen Geschäftspartner Emerson Moretto kennen, als ich ein Projekt entwickelte, um die Widerstandsfähigkeit der Blutgefäße zu testen, die wir im Labor entwickelt hatten. Er entwickelte seinen eigenen Bioprinter, nur so zum Spaß. Als ich das System sah, erkannte ich, dass er etwas geschaffen hatte, das gleichzeitig einfacher und viel effektiver für die Herstellung der von uns gewünschten Gefäßprothesen war. Also gaben wir die teuren Systeme auf und begannen stattdessen, seinen Drucker zu verwenden. Das war lebensverändernd! So begann ich mit dem 3D-Bioprinting zu arbeiten.

3DN: Wie kam es zur Gründung von TissueLabs? Warum haben Sie das Unternehmen gegründet?

Ich habe TissueLabs gegründet, weil ich einen Traum habe: Biokunstherzen für Transplantationen herzustellen! Ich wurde mit einem Herzfehler geboren und war von meiner ersten Lebenswoche an mit der Krankenhausumgebung vertraut. Ich hatte das Glück, dass ich trotz meiner schweren Erkrankung eine angemessene medizinische Behandlung erhielt – ich wurde im Alter von zwei Jahren am offenen Herzen operiert – und mich seitdem gut entwickelt. Viele Kinder haben nicht so viel Glück und benötigen möglicherweise eine Herztransplantation. Es ist jedoch äußerst schwierig, ein Organ für diese Patienten zu finden, vor allem wegen der geringen Zahl von Spendern, insbesondere in dieser Altersgruppe.

Bild: TissueLabs

Aufgrund meiner persönlichen Erfahrungen aus meiner Kindheit beschloss ich, Arzt zu werden, und schloss 2014 mein Medizinstudium ab. Als ich mein Medizinstudium beendete, hörte ich von Tissue Engineering und erfuhr vom Potenzial dieser Technologie zur Herstellung von bioartifiziellem Gewebe und Organen für künftige Transplantationen. Daraufhin beschloss ich, mich eingehender mit dem Thema zu befassen, und unterbrach meine medizinische Laufbahn für eine Weile, um in diesem Bereich zu promovieren. Als ich sie 2019 abschloss, war ich so sehr mit dem Tissue Engineering beschäftigt, dass ich die schwere Entscheidung traf, keine medizinische Karriere zu verfolgen. Stattdessen konzentrierte ich mich auf Forschung und Entwicklung, um diese Technologie für Patienten nutzbar zu machen. Ich wusste, dass ich nicht in der Lage sein würde, beides gleichzeitig zu tun, aber wenn ich in die medizinische Praxis zurückkehren würde, befürchtete ich, dass niemand sonst in der Lage, willens und engagiert sein würde, das zu tun, was ich mir vorstellte. Zunächst zog ich in Erwägung, es in der akademischen Welt zu machen, der Grund, warum ich ein Labor in Brasilien gründete, aber ich erkannte schnell, dass die Ziele und Anreize innerhalb der Universität nicht die gleichen waren, die ich brauchte, wenn ich die Wissenschaft in die Praxis umsetzen wollte. Ich sollte dies in einem Unternehmen tun, weshalb ich TissueLabs gründete.

Wir haben das Unternehmen in Brasilien gegründet, aber schon wenige Monate nach der Gründung haben wir es in die Schweiz verlegt, weil wir dort ein hervorragendes und einzigartiges Umfeld für Biotech-Startups vorfanden. Seitdem haben wir ein enormes Wachstum erlebt und unseren Kundenstamm jedes Jahr verdoppelt.

3DN: Können Sie uns mehr über die Bioprinter von TissueLab erzählen?

TissueLab: Sicher! Wir haben derzeit zwei Bioprinting-Systeme: TissueStart™, ein auf Extrusion basierendes System, und TissueRay™, ein auf Stereolithographie basierendes System.

TissueStart™ war unsere erste Markteinführung im Jahr 2020. Wir haben es für Wissenschaftler entwickelt, die gerade erst anfangen, mit Biofabrikation zu arbeiten. Es bietet das beste Kosten-Nutzen-Verhältnis auf dem Markt, beginnend bei 7.999 $ für ein kolbenbasiertes Zweikopfsystem, das viel mehr Kontrolle über die Biotintextrusion bietet als herkömmliche pneumatische Systeme. Im Gegensatz zu diesen verfügt unser Bioprinter über eine Rücksaugfunktion, die für präzise Start- und Endpunkte sorgt und so Bioink-Verluste und Überextrusion reduziert.  Es handelt sich um ein kompaktes und einfach zu bedienendes System, das nur etwa 4 kg wiegt und keinen Luftkompressor benötigt. Außerdem verfügt es über ein einzigartiges, patentrechtlich geschütztes Extrusionssystem, das wir Mixtrusor™ nennen und mit dem sich verschiedene Biotinten kombinieren lassen, was komplexe 3D-Gewebe ermöglicht. Das Gerät besteht aus Plexiglas und bietet hohe Widerstandsfähigkeit, lange Haltbarkeit und einfache Reinigung.

Der von TissueLabs entwickelte Biorpinter (Bild: TissueLabs)

Dann haben wir den TissueRay™, den wir Ende 2021 auf den Markt gebracht haben. Der TissueRay™ ist der erste 3D-Biodrucker mit maskierter Stereolithografie (MSLA) auf dem Markt, der das 3D-Biodrucken mit Lichtgeschwindigkeit ermöglicht. Er bietet die perfekte Kombination aus hoher Auflösung und Durchsatz, mit einem 4K-Bildschirm mit 35 μm Punktabstand (theoretische XY-Auflösung) und einer motorgetriebenen Z-Präzision von 10 μm. Je nach Material kann er bis zu 1 Sekunde pro Schicht drucken. Er hat ein Bauvolumen von 193 cm3 mit einer kreisförmigen Grundfläche von 6 x 6 cm. Das Tolle an diesem Drucker ist, dass wir ihn an die Bedürfnisse des Kunden anpassen können. Nicht jeder arbeitet mit den gleichen Fotoinitiatoren und somit auch nicht mit der gleichen Standard-Wellenlänge von 405nm. Wir haben zum Beispiel die Option von 420 nm für Kunden, die mit Ruthenium arbeiten, oder 530 nm für Kunden, die mit Eosin arbeiten, um nur einige zu nennen. Das lichtbasierte System TissueRay™ ermöglicht die Herstellung von mikrofluidischen Geräten, Organen auf Chips, zellbeladenen Konstrukten und Gerüsten für Tissue-Engineering- und regenerative Medizinanwendungen. Dieses System ist bereits ab 15.999 $ erhältlich!

Schließlich bieten wir auch Biomaterialien an, die mit den Bioprintern verwendet werden können, aber auch für Forscher, die herkömmliche 3D-Zellkulturexperimente durchführen, unabhängig davon, ob sie einen Bioprinter haben oder nicht. Neben all diesen generischen Biomaterialien – Alginat, GelMA, Pluronics usw. – bieten wir gewebespezifische Hydrogele für 15 verschiedene Gewebe an: Fettgewebe, Knochen, Gehirn, Knorpel, Dickdarm, Niere, Leber, Lunge, Muskel, Herzmuskel, Bauchspeicheldrüse, Haut, Milz, Magen und Gefäße. Wir nennen sie MatriXpec™. Wir haben MatriXpec™-Hydrogele entwickelt, um gewebespezifische Mikroumgebungen für 3D-Zellkulturen zu schaffen, die Experimente in repräsentativen Substraten ermöglichen, welche die biologischen Hinweise der nativen extrazellulären Matrix nachahmen. Diese Hydrogele sind in zwei verschiedenen Versionen erhältlich, einer thermisch vernetzbaren und einer photovernetzbaren, die sich an die unterschiedlichen Bedürfnisse der Forschungsgemeinschaft anpassen lassen.

Bild: TissueLabs

3DN: Welche Anwendungen wurden bisher mit Ihren Bioprintern entwickelt?

Das ist eine gute Frage, denn wir sehen Forscher, die Dinge tun, die wir uns nicht vorstellen konnten, als wir unsere Systeme und Biomaterialien entwickelten. Wir haben über hundert Labore in 20 verschiedenen Ländern, die unsere Produkte verwenden, es passiert also viel.

Um nur einige Beispiele zu nennen: Wir haben Forscher, die selbst sauerstoffversorgende Materialien für die Herstellung von Mikrogewebe in 3D drucken, Knorpelgewebe für die Untersuchung von Tendinose herstellen, Mini-Därme für die Untersuchung der Nährstoffaufnahme und auch von Darmkrebs entwickeln, die Mikroumgebung der Lungenbläschen in vitro für die Untersuchung von Lungenkrebs reproduzieren; Bioprinting von Herzzellen zur Untersuchung ihres Verhaltens unter verschiedenen mechanischen Reizen; Engineering von Haut zum Ersatz von Tiermodellen; Herstellung von Bauchspeicheldrüsengewebe zur Untersuchung von Diabetes; Entwicklung von Strategien zur Regeneration von Mund- und Zahngewebe sowie von angeborenen und erworbenen Knochendefekten und vieles mehr. Die Anwendungsmöglichkeiten sind grenzenlos und werden meist durch die Kreativität der Endnutzer begrenzt.

Bild: TissueLabs

3DN: Wie sehen Sie die Zukunft des Bioprinting im medizinischen Bereich?

Ich glaube, es wird sich viel ändern. Die derzeit verfügbaren Technologien sind ein großartiger Anfang, aber sie bringen uns nicht dazu, echte bioartifizielle Organe herzustellen. Meiner Meinung nach steckt das Bioprinting noch in den Kinderschuhen und es muss noch viel passieren. Innovation ist der entscheidende Faktor in diesem Bereich, und es gibt noch so viel zu entwickeln, dass es schwierig wird, sich die Zukunft vorzustellen, wenn man sich mit den derzeit verfügbaren Lösungen zufrieden gibt. Wahrscheinlich werden wir neue Systeme sehen, die Technologien verwenden, die noch gar nicht erfunden wurden! TissueLabs wird sicherstellen, dass wir bei solchen Entwicklungen an vorderster Front dabei sind.

3DN: Irgendwelche letzten Worte für unsere Leser?

Ich würde gerne meine Zeit opfern, um den Bedürfnissen der Leser zuzuhören und zu verstehen, wie wir unsere Systeme und Biomaterialien weiter verbessern können, damit sie in ihren Labors Gewebe und Organe entweder für die biomedizinische Forschung oder für zukünftige klinische Anwendungen herstellen können. Sie können an [email protected] schreiben, und ich werde ihnen persönlich antworten.