Forscher aus Großbritannien haben eine Methode entwickelt, mit der sie Graphenoxid zusammen mit einem Protein zur Selbstorganisation bringen können. Das so entstandene Biomaterial kann als Biotinte für das Bioprinting komplizierter Strukturen mit sehr feiner Auflösung verwendet werden und ermöglicht so zum Beispiel den 3D-Druck von Gefäßstrukturen.

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Forscher der University of Nottingham und der Queen Mary University of London haben Graphenoxid mit einem Protein mit 3D-Druck gedruckt und eine Studie dazu in dem Fachmagazin Nature Communications veröffentlicht. Das Protein kann sich in röhrenförmigen Strukturen organisieren, die Gefäßgewebe replizieren. Geleitet wurde die Forschung von Professor Alvaro Mata.

Biomaterial durch Selbstorganisation

Zellen bilden sich auf Strukturen aus dem 3D-Drucker
Endothelzellen bilden sich auf der Oberfläche von gedruckten, röhrenformigen Strukturen (Bild © University of Nottingham).

Das neu entstandene Biomaterial ist das Ergebnis der Selbstorganisation von Graphenoxid mit dem Protein. Die flexiblen, untergeordneten Regionen des Proteins entsprechen den gleichmäßigen Strukturen von Graphenoxid und stellen eine starke Wechselwirkung zwischen beiden her. Beide Komponenten durch genaue Steuerung zu mischen zeigte den Forschern, dass sie den Montageprozess in Gegenwart von Zellen steuern können und so komplexe, robuste Strukturen erhalten. Die Arbeit der Forscher könnte unter anderem positive Auswirkungen auf die Entwicklung sicherer und effizienter Medikamente haben.

Professor Mata erklärt: „Diese Arbeit bietet Möglichkeiten für die Biofabrikation, indem sie das gleichzeitige Top-Down-3D-Bioprinting und die Bottom-Up-Selbstorganisation synthetischer und biologischer Komponenten auf geordnete Weise im Nanobereich ermöglicht. Hier stellen wir kapillarähnliche fluidische Strukturen im Mikromaßstab her, die mit Zellen kompatibel sind, physiologisch relevante Eigenschaften aufweisen und die Fähigkeit haben, dem Fluss zu widerstehen.“

3D-Druck komplizierter Strukturen

Mehrere Komponenten organisieren sich zu größeren, genau definierten Strukturen, die auf ein gemeinsames Ziel hinarbeiten. Um molekulare Bausteine zusammenzubringen, verlassen sich viele biologische Systeme auf diese Selbstorganisation, damit größere, komplexe Systeme mit nützlicher Funktionalität entstehen. Wachstum, Replikation und Reparatur beruhen auf Selbstorganisation.

Das entstandene Biomaterial kann als Biotinte für die additive Fertigung komplizierter Strukturen mit feinen Auflösungen verwendet werden. Die Forscher haben erfolgreich vaskuläre emulierende Strukturen in Gegenwart von Zellen aufgebaut.

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