Einem internationalen Forscherteam ist es gelungen, mit einem neuartigen 3D-Bioprinting-Verfahren lebende Mäusegehirnzellen zu drucken. Sie verwendeten dafür den von ihnen entwickelten Laser-Induced-Side-Transfer (LIST). Mit dieser Methode würden sich zum Beispiel Tierversuche in der Medikamentenforschung deutlich reduzieren lassen.

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Ein Forscherteam der University of Montreal, der Concordia University und der Federal University of Santa Catarina hat mit einer neuen Bioprinting-Methode erfolgreich lebende Gehirnzellen von Mäusen mit 3D-Druck erfolgreich hergestellt. Sie stellten mithilfe ihrer Laser-Induced-Side-Transfer-(LIST)-Technologie sensorische Neuronen her, die lebenswichtig für das periphere Nervensystem sind. Ihre Arbeit haben sie in einem Artikel mit dem Titel „Bioprinting of adult dorsal root ganglion (DRG) neurons using laser-induced side transfer (LIST)“ im Fachmagazin Micromachines veröffentlicht.

Details zur Laser-Induced-Side-Transfer-Technologie

Für Hamid Orimi, einem Doktoranden an der Concordia University, ist das Potenzial des Biodrucks bezüglich der Krankheitsmodellierung, Arzneimitteltests und Implantatherstellung vielversprechend. Mit dem laserunterstützten Biodruck kann ein breiter Bereich an Biotintenviskositäten abgedeckt werden, mit geringem Einfluss auf die Lebensfähigkeit und Funktion der Zellen. Eine hohe Druckauflösung und Reproduzierbarkeit wird beibehalten.

Grafik zum LIST-Verfahren
Ein internationales Forscherteam stellte mit dem LIST-Verfahren lebende Gehirnzellen von Mäusen her (im Bild: Grafik zum LIST-Verfahren) (Bild © Micromachines).

Die LIST-Bioprinting-Technologie ist ein modifizierter Prozess für den Laser-Biodruck von Zellen, der Einschränkungen wie die Herausforderungen bei der Spenderpräparation, Tintenviskosität und Zelllebensfähigkeit überwindet. Es entsteht eine transiente Mikroblase am distalen Ende einer Glasmikrokapillare mit niederenergetischen Nanosekunden-Laserpulsen.

Dehnt sich die Mikroblase aus, wird ein mit Zellen beladenes Mikrostrahltröpfchen auf ein darunterliegendes Substrat ausgestoßen.
Orimi erklärt, dass LIST für Anwendungen angepasst werden könnte, die Multiskalen-Biodruck erfordern, wie 3D-Medikament-Screening-Modelle oder künstliches Gewebe. Zur Herstellung der Biotinte nutzen die Forscher Neuronen des Spinalganglions (DRG) aus dem peripheren Nervensystem von Mäusen. Die Neuronen werden in der Biotintenlösung suspendiert und in eine quadratische Kapillare über einem biokompatiblen Substrat geladen. Die 3D-gedruckten Proben werden kurz inkubiert, gewaschen und für 48 Stunden weiter inkubiert.

Ergebnisse der Tests

Grafik zum Energieeinsatz
Je weniger Energie der Laser benötigte, desto höher war die Lebensfähigkeit (im Bild: Grafik zum Energieeinsatz)(Bild © Micromachines).

In mehreren Tests haben die Forscher die Kapazitäten der 3D-Biodruckzellen gemessen. Es zeigte sich, dass 86 Prozent der Zellen noch zwei weitere Tage nach dem Druck am Leben blieben. Je weniger Energie der Laser benötigte, desto höher war die Lebensfähigkeit. Die höhere Energie schädigt die Zellen eher.

Das Neuritenwachstum wurde ebenfalls gemessen. Der 3D-Druck schien das Überleben der DRG-Neuronen nicht zu beeinflussen, aber es reduzierte das Neuritenwachstum. 3D-gedruckte Neuronen behalten ihre Fähigkeit zur Kommunikation mit den Zellen ihrer Umgebung durch Peptidfreisetzung bei.

Die Studie zeigte, dass die LIST-gedruckten adulten sensorischen Neuronen eine hohe Lebensfähigkeit und funktionelle Integrität bieten. LIST-Bioprinting könnte Tierversuche reduzieren und genauere Tests ermöglichen, da an menschlichem Gewebe getestet wird. Vor etwa einem Jahr haben britische Forscher die weltweit erste Zunge aus dem 3D-Drucker für Medikamenten- und Lebensmitteltests hergestellt. Die Entwickler der LIST-Methode möchten, sobald es eine Genehmigung dazu hat, weiter an der Zelltransplantation forschen, um Bereiche wie die Wirkstoffforschung wie Medikamente zur Nervenwiederherstellung, unterstützen zu können. Über die weitere Entwicklung beim Bioprinting berichten wir auch zukünftig im 3D-grenzenlos Magazin (Newsletter abonnieren).

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