Forscher des Korea Institute of Science and Technology (KIST) haben laut einer Pressemitteilung auf ihrer Website eine neue Biotinte entwickelt, die in Reaktion auf die Körpertemperatur aushärtet und sie für den potenziellen Einsatz in künstlichen Organen und Anwendungen zur Geweberegeneration sicherer machen soll. Ihre Arbeit dazu haben sie im Fachjournal Small in einem Artikel mit dem Titel „Thermo-Responsive Nanocomposite Bioink with Growth-Factor Holding and its Application to Bone Regeneration„.
Photohärtung oder chemische Vernetzung
3D-druckbare Biotinten enthalten Substanzen, oftmals Zellen, die den Körper veranlassen, eine biologische Reaktion hervorzurufen, die auf die Geweberegeneration abzielt.
Aufgrund der hohen Belastungen des 3D-Druck-Prozesses müssen Biotinten besondere mechanische und biologische Eigenschaften aufweisen, um in Extrusions-basierten Biodruckern eingesetzt zu werden. Sie müssen biokompatibel und biologisch abbaubar sein.
Hydrogel-basierte Biotinten müssen einem Photohärtungsprozess unterzogen werden, bevor sie im Körper verwendet werden. Das bewirkt eine Vernetzung, durch die starke, dauerhafte kovalente Bindungen zwischen Polymerketten im Hydrogel entstehen, die seine mechanische Festigkeit und Stabilität unter physiologischen Bedingungen erhöhen. Die in das Hydrogel eingebrachten Photoinitiatoren ermöglichen die Photohärtung. Sie werden durch ultraviolettes (UV) Licht aktiviert, was aber die DNA der Zellen schädigen kann. Bei einer chemischen Vernetzung hingegen wird ein Reagenz als Vernetzer verwendet, um das gleiche Ergebnis zu erzielen.
Aushärten bei Körpertemperatur von 37 ° C
Die Hydrogel-basierte Biotinte der Forscher aus Korea kann ihre physikalische Struktur ohne die Notwendigkeit einer Lichthärtung oder chemischen Vernetzung beibehalten. Das Team entwickelte ein temperaturempfindliches Hydrogel auf Poly(organophosphazen)-Basis, das bei niedrigen Temperaturen in flüssiger Form vorliegt. Es kann sehr leicht gedruckt werden und härtet bei einer Körpertemperatur von 37 ° C ohne der Notwendigkeit einer Photohärtung oder chemischen Vernetzung aus.
Der nicht photogehärtete 3D-Bioprint wäre bei nahezu Körpertemperatur physikalisch stabil und wird zu biologisch unbedenklichen Materialien abgebaut. Die neue Biotinte kann auch mit Wachstumsfaktoren beladen werden, die über lange Zeiträume gelagert werden konnten. Diese Proteine stimulieren das Zellwachstum und die Zelldifferenzierung, die Entzündungsreaktion des Körpers und die Gewebereparatur. Die Forscher mischten verschiedene Wachstumsfaktoren wie Bone Morphogenetic Protein-2 (BMP-2) und Transforming Growth Factor Beta 1 (TGF-Beta1) in die Bioink und schufen ein 3D-Gerüst, das sie in den beschädigten Schädel einer Ratte implantierten. Es zeigte sich, dass umliegendes Gewebe in das Gerüst einwanderte und die Regeneration von normalem Knochen förderte. Nach 42 Tagen war das Gerüst biologisch abgebaut. Seine Biotinte möchte das Forschungsteam für die Verwendung in anderen Geweben nutzen.
Soo-Chang Song, korrespondierender Autor der Studie, sagte:
„Da die diesmal entwickelte Bioink unterschiedliche physikalische Eigenschaften hat, werden Folgeforschungen durchgeführt, um sie auf die Regeneration anderer Gewebe neben Knochengewebe anzuwenden, und wir erwarten, dass wir endlich in der Lage sein werden, Bioink zu kommerzialisieren, der auf jedes Gewebe und Organ zugeschnitten ist.“
