Forscher der Aalto University in Finnland haben eine neuartige Biotinte aus Nanozellulose für den 3D-Druck im Rahmen von Herzgewebeanwendungen entwickelt. Sie konzentrierten sich bei ihrer Arbeit auf die Formulierung einer Einkomponenten-Biotinte. Erste Proben werden mit dem Bio X-3D-Drucker von CELLINK entwickelt.

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Aalto University LogoDie Forschergruppe „Biobasierte Kolloide und Materialien“, kurz BiCMat , der finnischen Aalto University hat eine neuartige Biotinte aus Nanozellulose für Herzgewebeanwendungen entwickelt und ihre Arbeit mit dem Titel „Acetylated Nanocellulose for Single-Component Bioinks and Cell Proliferation on 3D-Printed Scaffolds“ in der Fachzeitschrift ACS veröffentlicht.

Darin erklären die Forscher, dass Nanozellulose ein leichtes und festes Pflanzenmaterial ist und als umweltfreundlicher Pseudo-Kunststoff für industrielle Anwendungen angesehen werden kann. Die nachhaltige und ungiftige Substanz ist mit dem menschlichen Körper kompatibel und könnte für eine Reihe medizinischer Anwendungen eingesetzt werden. Vor etwas mehr als einem Jahr druckten Schweizer Forscher ein Ohr mithilfe von Nanozellulose mit einem 3D-Drucker.

Warum Nanozellulose?

Acetylierte Nanozellulose
Mit AceCNF erzeugten sie 3D-gedruckte Gerüste für die Implantation in den menschlichen Körper ein und bewerteten anschließend die Wechselwirkungen der Gerüste mit Herzmuskelzellen (Bild © Aalto University School of Chemical Engineering).

Die Struktur ähnelt extrazellulären Matrizen und verfügt über eine hervorragende Biokompatibilität zur Unterstützung entscheidender zellulärer Aktivitäten. Für die Forscher war das ein Zeichen, dass Bioprinting auf Nanozellulosebasis für das Tissue Engineering und die regenerative Medizin brauchbar sein kann.

Die Substanz ist zwar nicht leicht zu verarbeiten, ist aber von den Eigenschaften her gut als Material für die Biotinte geeignet. Mit einer Einkomponenten-Biotinte sollten damit Gerüste in biomedizinischen Herzgeräten genutzt möglich sein.

Heterogene Acetylierung von Holzfasern

Rubina Ajdary, Mitautorin des Papiers und Doktorandin in der Abteilung für Bioprodukte und Biosysteme der Aalto University, gab Nanozellulose in Kombination mit anderen Biopolymeren zu verwenden, zum Beispiel in Mehrkomponententintenformulierungen oder zur Einkapselung von Nanopartikeln, als eine Einsatzmöglichkeit an. Das Forscherteam wollte aber 3D-gedruckte Einkomponenten-Nanozellulose-Gerüste untersuchen, bei denen keine Vernetzung für die Festigkeit erforderlich war.

Die Forscher schlugen eine heterogene Acetylierung von Holzfasern vor, um deren Dekonstruktion zu acetylierter Nanozellulose (AceCNF) zu erleichtern. In Nanozellulosen sahen sie eine einzigartige Möglichkeit für Biomaterialien bei 3D-Gerüstanwendungen. Die Nanozellulose ist natürlich, leicht zu sterilisieren und hochstabil porös. Mit AceCNF erzeugten sie 3D-gedruckte Gerüste für die Implantation in den menschlichen Körper ein und bewerteten anschließend die Wechselwirkungen der Gerüste mit Herzmuskelzellen.

Druck von 3D-Gerüsten

3D-Drucker von Cellink
Der Bio-X von Cellink (Bild © Cellink).

Der BIO X – Biodrucker von Cellink ist mit einem pneumatischen Druckkopf ausgestattet und wurde für den Druck von 3D-Gerüsten mit den Einkomponenten-Nanozellulosetinten verwendet. Um ein starkes Schrumpfen zu vermeiden, wurden die Strukturen gefriergetrocknet, und unter UV-Licht sterilisiert. Das Gerüst war fertig und die Proben wurden mit Zellen besät.

Laut den Forschern waren die 3D-gedruckten Gerüste mit Kardiomyoblastenzellen kompatibel und ermöglichten ihre Proliferation und Anhaftung. Die noch in der Forschung befindlichen Bioinks sollen sich dem Forscherteam zufolge zur kostengünstigen Herstellung und Lagerung von Konstrukten eignen, die als Grundmaterialien für die Herzregeneration verwendet werden können.

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