Forschende des Azrieli Centre de recherche du CHU Sainte-Justine, einem mit der Universität Montreal (UdeM) verbundenen Think Tank, haben eine neue Bio-Tinte für den 3D-Druck von personalisierten „Herz-auf-einem-Chip“-Geräten entwickelt. Diese Neuerung könnte einen bedeutenden Fortschritt in der medizinischen Forschung und Behandlung von Herzerkrankungen darstellen.
Neue Bio-Tinte optimiert für Herzmodelle
Die innovative Bio-Tinte ermöglicht es, die elektrische Aktivität, mechanische Eigenschaften und Physiologie eines menschlichen Herzens genau abzubilden. Das Forschungsteam nutzte dieses Material, um ringförmige kardiale Geräte mit verschiedenen Herz-Zelltypen zu bioprinten. Ein hochdurchsatzfähiger, automatisierter 3D-Bioprinting-Prozess kam zum Einsatz, um das Herzmodell in 12-Well-Platten zu fertigen. Diese 3D-gedruckten kardialen Modelle könnten Medizinern helfen, ein besseres Verständnis für individuelle Herzerkrankungsfälle zu gewinnen und bei der Entwicklung neuer herzbezogener Medikamente unterstützen.
Personalisierte Behandlungen als Zukunftsvision
In Zukunft plant das Team, Herzmodelle aus den Zellen von Herzpatienten zu drucken, um personalisierte medizinische Behandlungen für spezifische Herzerkrankungen zu ermöglichen. Die Forschungsgruppe unter der Leitung von UdeM-Pharmakologieprofessor Houman Savoji und Doktorand Ali Mousavi hat ihre Ergebnisse in der neuesten Ausgabe von Applied Materials Today unter dem Titel „Development of photocrosslinkable bioinks with improved electromechanical properties for 3D bioprinting of cardiac BioRings“ veröffentlicht.
Die neue 3D-druckbare Bio-Tinte basiert auf photovernetzbaren natürlichen Polymeren Gelatine Methacryloyl (GelMA) und Alginate Methacrylate (AlgMA) sowie auf elektrokonduktiven reduzierten Graphenoxid (rGO) Nanomaterialien. Es ist das erste Mal, dass AlgMA für eine kardiale Gewebeingenieur-Anwendung verwendet wurde. Die optimierte Bio-Tintenformulierung unterstützt eine hohe Lebensfähigkeit der Herz-Zellen, deren Proliferation, Ausbreitung, Verlängerung und Ausrichtung. Dies ermöglicht es den „Herz-auf-einem-Chip“-Geräten, die echte Funktion des menschlichen Herzens genau widerzuspiegeln, einschließlich der spontanen Schläge der Zellen.
Aktuell werden die meisten „Herz-auf-einem-Chip“-Geräte individuell in Laboren mit nicht standardisierten Methoden hergestellt, was oft an Skalierbarkeit für die industrielle Produktion mangelt. Im Rahmen dieses Forschungsprojekts nutzte das Team einen automatisierten, hochdurchsatzfähigen 3D-Bioprinting-Prozess, der die Herstellung der Herzmodelle in 12-Well-Platten ermöglichte. Es wird gehofft, dass dieser Ansatz die Adoption von 3D-gedruckten kardialen Geräten im medizinischen Sektor erhöhen könnte.
Nutzung für Medikamententests anstatt Tierversuche
Die Forschenden planen, ihre 3D-gedruckten „Herz-auf-einem-Chip“-Geräte weiterzuentwickeln, um sie für die Identifizierung und Testung von Medikamenten zu nutzen. Die Kombination der neuen Bio-Tinte mit Stammzellen von Patienten wird es ermöglichen, patientenspezifische Herzmodelle zu drucken, was die Entwicklung personalisierter Herzmedikamente erleichtert. Über weitere Entwicklungen zu diesem Thema berichten wir im kostenlosen 3D-grenzenlos Newsletter (hier abonnieren).