Eine Gruppe von Forschern des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) in den USA hat eine neue Methode entwickelt, um lebende Mikroben in kontrollierten Mustern mittels Bioprinting zu drucken. Die individuellen Strukturen können zahlreiche Aufgaben übernehmen, wie die Rückgewinnung seltener Erdmetalle, die Reinigung von Abwasser oder den Nachweis von Uran.

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Wissenschaftler des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), einer US-Bundesforschungseinrichtung in Kalifornien, haben eine neue Methode entwickelt, um lebende Mikroben in kontrollierten Mustern mittels Bioprinting zu drucken. Sie hoffen damit das Potenzial von Bakterien zu erhöhen, eine Reihe wichtiger Aufgaben zu erfüllen, darunter die Rückgewinnung von seltenen Erdmetallen, die Reinigung von Abwasser, den Nachweis von Uran und mehr.

Mikrobieller Biodruck immer wichtiger für Medizin

3D-Druck von Mikroben
Den Forschern vom LLNL gelang mit ihrer neuen Methode der 3D-Druck von lebenden Mikroben (Bild © LNLL).

Der 3D-Druck hat sich aufgrund ihrer immensen Möglichkeiten auch im medizinischen Bereich durchgesetzt. Inzwischen untersuchen zahlreiche Unternehmen, wie sich Bioprinting verwendet lässt, um lebende Zellen zu drucken, etwa um Organe herzustellen oder Krebsforschung zu unterstützen.

Das Wissenschaftler-Team verwendete ein harzbasiertes Verfahren und einen Stereolithografieapparat für den mikrobiellen Biodruck, um optimierte Mikrobenstrukturen auf Biofilmen zu drucken. Die mit Hilfe von Bioprinting optimierten Muster und Strukturen mit Bakterien könnten zukünftig für unterschiedliche Anwendungen genutzt werden.

Die Resultate der Forschung wurden in der Studie „Projection Microstereolithographic Microbial Bioprinting for Engineered Biofilms“ veröffentlicht.

Bioprinting auf Basis von Stereolithographie

Im Gegensatz zu vielen Biodruckprojekten, die Extrusion verwenden, basiert diese Technologie auf Stereolithographie oder genauer gesagt auf LED-Leuchten und dem LCD-Druck. Das Forscherteam verwendete Licht und Bakterien-infundiertes Harz, um die 3D-gemusterten Mikroben zu erzeugen. Es wurden lichtempfindliche Bioharze verwendet und die Mikroben dann mit LED-Licht in den entsprechenden 3D-Strukturen gefangen, ähnlich einem Projektor.

Bioprinter für Mikroben
Ein eigens entwickelter 3D-Biodrucker wurde genutzt um die einzigartigen Mikrobenstrukturen herzustellen (Bild © LNLL).

Mit Hilfe des SLAM-3D-Druckers (Stereolithographic Apparatus for Microbial Bioprinting) konnten die Forscher mit einer Auflösung von etwa 18 Mikrometern drucken, was dem Durchmesser einer menschlichen Zelle entspricht. Durch die Schaffung eines Mikrobenmusters haben die Forscher herausgefunden, dass sie die Leistung der mikrobiellen Gemeinschaften tatsächlich an die jeweilige Aufgabe anpassen können. Mit Hilfe von 3D-Druck konnten sie Werkzeuge entwickeln, um ihr Verhalten unter verschiedenen geometrischen Bedingungen zu untersuchen und herauszufinden, wie diese Ergebnisse auf reale Anwendungen angewendet werden können.

Der leitende Forscher und Bioingenieur William Hynes ergänzte:

„Wir versuchen den Vorsprung der mikrobiellen 3D-Kultivierungstechnologie voranzutreiben und denken, dass es ein sehr wenig erforschter Bereich ist. Wir arbeiten an der Entwicklung von Werkzeugen und Techniken, mit denen Forscher das Verhalten von Mikroben unter geometrisch komplexen, aber stark kontrollierten Bedingungen besser untersuchen können.“

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