US-Forscher vom Brigham and Women’s Hospital sowie der Harvard Medical School haben einen Weg gefunden, wie sie 3D-gedrucktes Gewebe länger haltbar machen können. Das Gewebe wird mittels „Kryobiodruck“ auf einer -20 °C kalten Platte gedruckt und bei -196 °C eingefroren. Anschließend kann es bis zu drei Monate in diesem Status bleiben und unkompliziert wieder aufgetaut werden.

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Mit 3D-Druck hergestelltes Gewebe bietet nur eine sehr kurze Haltbarkeit, die zwischen wenigen Stunden und einigen Tagen liegen kann. Das Gewebe aus dem sogenannten Biodrucker muss schnell an den Zielort geliefert werden, da es sonst nicht lebensfähig ist. 3D-gedrucktes Gewebe kommt zum Beispiel bei Patienten für die verbesserte Wundheilung zum Einsatz. In der Fachzeitschrift Matter haben Forscher am Brigham and Women’s Hospital sowie der Harvard Medical School ihre Arbeit mit dem Titel „Freeform cell-laden cryobioprinting for shelf-ready tissue fabrication and storage“ vorgestellt. Es gelang ihnen, Gewebe herzustellen, das bei -196 °C eingefroren und in wenigen Minuten bei Bedarf aufgetaut werden kann.

Hauptautor Y. Shrike Zhang, biomedizinischer Ingenieur am Brigham and Women’s Hospital, erklärte:

„Für konventionelles Bioprinting gibt es grundsätzlich keine Haltbarkeit. In den meisten Fällen wird es nur gedruckt und dann verwendet. Mit dem Kryobiodruck können sie es so lange drucken und im gefrorenen Zustand aufbewahren, wie sie möchten.“

Details zum Kryobiodruck

Beim Bioprinting, das zum ersten Mal vor zwanzig Jahren zum Einsatz kam, besteht die für den 3D-Druck zu verwendende Tinte typischerweise aus einem gelatineartigen Gerüst, das mit lebenden Zellen eingebettet ist. Der Kryobiodruck funktioniert ähnlich, nur wird hier auf eine bis zu -20 °C kalte Platte gedruckt. Anschließend wird das Gewebe zur Langzeitlagerung in kryogene Bedingungen gebracht. Diese Vorgehensweise ermöglicht außerdem den Druck komplizierterer Formen als mit herkömmlichen Biodruckverfahren.

Zhang sagt:

„Das Bioink-Filament gefriert innerhalb von Millisekunden, nachdem es die Kühlplatte erreicht hat, sodass es keine Zeit hat, seine ursprüngliche Form zu verlieren. Dann kann man Schichten übereinander aufbauen und schließlich eine freistehende 3D-Struktur schaffen, die ihrem Eigengewicht standhält.“

2D-Schneeflocke
Kryogene Temperaturen reduzieren die Beschränkungen, welche Arten von Biotinte verwendet werden können (im Bild: Kryobiogedruckte 2D-Probe in Form einer Schneeflocke)(Bild © Hossein Ravanbakhsh).

Bei kryogenen Temperaturen werden Beschränkungen reduziert, wie die Art der Biotinte. Traditionelle Biodruckverfahren nutzen viskose Biotinte, um die Form zu halten. Bei einer niedrigeren Temperatur sind die meisten Flüssigkeiten von Natur aus viskoser. Die Zellen werden im Laufe des Vorgangs von einem Kryokonservierungsmittel unterstützt, das den osmotischen Schock verhindern und die Bildung von Eiskristallen begrenzen soll. Zhang und sein Team konzentrierten sich auf die Suche nach Kryokonservierungsmitteln mit der höchsten Zelllebensfähigkeit.

Es zeigte sich, dass das Gewebe mindestens drei Monate halten kann, bevor es zum Leben erweckt wird. Die Wiederbelebung ist einfach. Dazu wird das Gewebe nur in ein warmes Medium zurückgegeben und dadurch aufgetaut. In einigen Tests gelang es den Forschern, deren ursprüngliche Funktionalität beizubehalten.

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