Ein neues Verfahren im 3D-Druck, das Eis verwendet, um Vorlagen für künstliche Blutgefäße in gezüchtetem Gewebe zu erstellen, wurde kürzlich von Forschern der Carnegie Mellon University vorgestellt. Das berichtet phys.org. Dieser Ansatz könnte die Lücke zwischen dem Bedarf an Organtransplantationen und dem verfügbaren Angebot potenziell schließen und einen bedeutenden Fortschritt in der Gewebezüchtung darstellen.
Herausforderungen in der Gewebezüchtung
In den USA warten derzeit über 100.000 Menschen auf Organtransplantationen, wobei die Nachfrage das Angebot bei Weitem übersteigt. Jährlich sterben etwa 6.000 Amerikaner während dieser Wartezeit. Die Gewebezüchtung, die auf die Erzeugung von im Labor gewachsenen Organen und Geweben abzielt, stellt eine vielversprechende Lösung dar. Eine der größten Herausforderungen dabei ist jedoch die Schaffung von Blutgefäßnetzwerken, die wie natürliche funktionieren, von winzigen Kapillaren bis hin zu größeren Arterien.
3D-Eisdruck: Was steckt dahinter?
Die Forscher, darunter der Doktorand Feimo Yang, haben eine Methode entwickelt, die 3D-Eisdruck nutzt, um Strukturen zu schaffen, die Blutgefäßen im Körper ähneln. Im Gegensatz zu herkömmlichen 3D-Druckverfahren, bei denen das Material Schicht für Schicht hinzugefügt wird, ermöglicht diese Methode die Erstellung einer kontinuierlichen Struktur ohne Schichteffekt. Hierbei wird ein Wasserstrom auf eine sehr kalte Oberfläche gegeben, wobei das Wasser in einer flüssigen Phase gehalten wird, bevor es vollständig gefriert. Diese Technik führt zu einer sehr glatten Struktur.
Der Prozess und seine Vorteile
Die Verwendung von schwerem Wasser, bei dem die Wasserstoffatome durch Deuterium ersetzt sind, erhöht den Gefrierpunkt des Wassers und unterstützt die Bildung der glatten Struktur. Die so hergestellten 3D-gedruckten Eistemplates werden in ein Gelatine-Material, GelMA, eingebettet. Nachdem das Material UV-Licht ausgesetzt wurde, härtet die Gelatine aus und das Eis schmilzt weg, wodurch realistische Blutgefäßkanäle zurückbleiben.
Die Forscher demonstrierten erfolgreich, dass Endothelzellen, wie sie in Blutgefäßen vorkommen, in die hergestellten Blutgefäße eingeführt werden können, wo sie bis zu zwei Wochen überleben können. Langfristig ist geplant, diese Zellen für eine längere Dauer zu kultivieren.
Potenzielle Anwendungen
Neben der möglichen Anwendung für Organtransplantationen könnten die 3D-gedruckten Blutgefäße auch für die Testung von Medikamentenwirkungen auf Blutgefäße genutzt werden. Zudem besteht die Möglichkeit, sie mit patienteneigenen Zellen zu beschichten, um zu sehen, wie die Zellen auf eine Medikamentenbehandlung reagieren, bevor diese dem Patienten verabreicht wird.
Diese innovative Methode stellt einen signifikanten Fortschritt in der Erstellung komplexer, lebensähnlicher Blutgefäßnetzwerke für die Verwendung in der Gewebezüchtung dar.