Forschern der Cornell University ist die Entwicklung von Biomaterial zur Herstellung künstlicher Haut gelungen. Für das Biohybrid-Verbundmaterial verwendeten sie eine Mischung aus Kollagen und einem „zwitterionischen“ Hydrogel. Wir stellen die Forschungsarbeit einmal genauer vor.

Anzeige

Forschern der Cornell University ist laut einer Pressemitteilung die Entwicklung eines Biomaterials zur Herstellung künstlicher Haut gelungen, die das Verhalten natürlicher menschlicher Gewebe nachahmen kann. Die Zusammensetzung aus Kollagen und einem „zwitterionischen“ Hydrogel macht das Biohybrid-Komposit weich und biokompatibel. Es ist flexibel genug, um einer anhaltenden Verformung standzuhalten. Die Forscher nehmen an, dass ihr Biomaterial eines Tages als Grundlage für 3D-Druck-Gerüste aus Patientenzellen verwendet werden könnte, die Wunden in situ effektiv heilen. Ihre Arbeit haben sie in einem Artikel mit dem Titel „Simple synthesis of soft, tough, and cytocompatible biohybrid composites“ vorgestellt.

Nikolaos Bouklas, einer der Co-Erstautoren der Studie, sagte:

„Letztendlich wollen wir etwas für die regenerative Medizin schaffen, etwa ein Stück Gerüst, das einigen anfänglichen Belastungen standhalten kann, bis sich das Gewebe vollständig regeneriert hat. Mit diesem Material könnte man ein poröses Gerüst mit Zellen in 3D drucken, aus denen schließlich das eigentliche Gewebe um das Gerüst herum entstehen könnte.“

3D-Biodruck von Biohybrid-Verbundmaterial

Unser Körper ist ständig in Bewegung und muss dabei weich genug – aber ebenso robust – sein, um Belastungen auszuhalten. Werden Zellen abgenutzt, können Hydrogele und synthetische Materialien diese ersetzen. Aber dazu müsste die richtige Mischung aus biologischen und mechanischen Eigenschaften gefunden werden. Laut den Wissenschaftlern fehlt es den synthetischen Kunststoffen neben der mikrostrukturellen Organisation, die sie funktionsfähig macht, häufig die Fähigkeit, lebende Zellen zu unterstützen und zu erhalten. Kollagen, Fibrin oder Hyaluronsäure sind natürliche Polymere, die die Biokompatibilität von lebendem Gewebe nachbilden können, aber eher zerbrechlicher sind.

Eine Biotinte als lebensechte künstliche Haut flexibel und zellfreundlich herzustellen, soll durch „zwitterionisches Hydrogel“ gelingen. Wird Kollagen mit dem Material, das sowohl positiv als auch negativ geladene Molekülgruppen enthält, gemischt, könnte dies mehreren Stößen widerstehen und gleichzeitig das Zellwachstum unterstützen. Laut einem anderen Co-Erstautor der Studie, Lawrence Bonassar, interagieren diese Ladungsgruppen mit den negativ und positiv geladenen Gruppen im Kollagen. Dadurch können Materialien Energie abbauen und eine hohe Zähigkeit erreichen.

mikroskopische Aufnahme eines bei Cornell entwickelten Biohybrid-Verbundmaterials
Die mikroskopische Aufnahme eines bei Cornell entwickelten Biohybrid-Verbundmaterials zeigt Zellen (rot), die auf den faserigen Domänen (gelb) von Kollagen ausgesät sind (Bild © Bouklas-Labor, Cornell University).

Auf die Mischung kommt es an

Die Formulierung ihres biohybriden Verbundstoffs erforderte nur „einfaches Mischen“. Ihr Kollagen setzte sich selbst zu einem fibrillären Netzwerk zusammen, das ionisch mit seinem umgebenden Hydrogel verbunden wurde. Das führt zu dem gleichen vernetzten Kollagennetzwerk, das in natürlichem Knorpel zu sehen ist, der ansonsten extrem schwer herzustellen wäre, wie Bouklas erklärt. Das Team testete sein Material.

Es zeigte sich, dass die Zugabe von Kollagen im Vergleich zu einer unbehandelten zwitterionischen Matrix ihren Elastizitätsmodul um 40 % erhöht hatte. Die Integration von Kollagen in das Hydrogel ermöglichte es dem Material, elfmal mehr Energie zu absorbieren, bevor es reißt und gleichzeitig erhält es Eigenschaften, die jenen von Geweben wie Gelenkknorpel ähneln. Ihr mit Kollagen beladenes Polymer war über 100-mal besser darin, das Zellwachstum zu unterstützen. Es zeigte eine Zelllebensfähigkeit von mehr als 90 %. Als nächster Schritt testet das Team die Lebensfähigkeit des Materials für den 3D-Druck von Geweben.

Zum Newsletter anmelden

Anzeige

Die Topseller der 48. Kalenderwoche 2022

PlatzierungNameGerätetypBester PreisShopMehr Infos
1Creality Ender-3 S1 Pro
TOP-Aufsteiger
3D-Drucker339,76 €kaufenTest
2Artillery Sidewinder-X23D-Drucker260,00 €kaufenTest
3SCULPFUN S30 Pro Max 20W
TOP-Aufsteiger
Lasergravierer781,27 €kaufen
4Creality Ender-3 S13D-Drucker303,00 €kaufen
5QIDI TECH X-Max3D-Drucker870,00 €kaufenTest
6SCULPFUN S10Lasergravierer358,77 €kaufenTest
7SCULPFUN S30 Pro 10WLasergravierer479,69 €kaufenTest
8ORTUR Laser Master 3Lasergravierer549,89 €kaufenTest
9QIDI TECH X-CF Pro3D-Drucker1.459,00 €kaufen
10LaserPecker 2 ProLasergravierer929,73 €kaufenTest
11ATOMSTACK A20 Pro 20WLasergravierer781,27 €kaufen
12ATOMSTACK X7 Pro 50W
Neueinsteiger
Lasergravierer499,00 €kaufenTest

Gutschein-Code funktioniert nicht? Fehlerhaften Coupon melden | 3D-Drucker kaufen | 3D-Drucker kaufen | 3D-Druck-Shop