Forschern der University of Connecticut gelang es, ein Hydrogel zu entwickeln, welches beim Einbau 3D-gedruckter Knochen zum Einsatz kommen kann und zahlreiche Eigenschaften der 3D-gedruckten Knochen verbessert.

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Ohne diese Unterstützung wären die mit 3D-Druckern hergestellten Knochenzellen nicht in der Lage, ihre Form zu halten. Sie würden binnen kürzester Zeit bersten, wenn sie unkontrollierten Bewegungen ausgesetzt sind.

An der Erforschung des Hydrogels waren Stephanie T. Bendtsen vom Institut für Materialwissenschaften und Sean P. Quinell vom Institut für Biomedizinische Technik beteiligt, die Projektleitung lag bei Professor Mei Wei. Die Forschungsergebnisse wurden nun im „Journal of Biomedical Materials Research“ veröffentlicht.

Bestandteile des Hydrogels

Das Hydrogel setzt sich aus Alginat, Polyvinylalkohol und Hydroxyapatit zusammen. Alginat wurde aus Algen extrahiert, die oft als Basis für Hydrogele verwendet werden. Polyvinylalkohol (PVA) ist ein Material, welches für 3D-Drucke eingesetzt wird. Dieses sollte aber nicht mit dem PVA-Kleber verwechselt werden, denn bei diesem handelt es sich um Acetat und nicht um Alkohol. Hydroxyapatit ist ein wichtiges Calcium-Mineral, das auch in natürlichen Knochen zu finden ist.

PVA-Strukturen
PVA-Strukturen unter dem Rastermikroskop. (Bild: © UCONN)

Insgesamt wurden im Rahmen der Studie sieben verschiedene Materiallösungen untersucht, um so eine perfekte Balance zwischen Bedruckbarkeit, Viskosität, Designtreue und der Möglichkeit zur Kontrolle der Zellkulturen zu erhalten. Zuerst wurden Zellen aus Mäuseschädeln extrahiert (MC3T3-Osteoblasten), die dann zu einer Kreuzschraffierung zusammengefügt und als Pflaster für Schädel verwendet wurden. Das Hydrogel kam hier ebenfalls zum Einsatz. Die Formulierungen 5 und 6 zeigten die besten Kombinationen und wurden nun auf ihre Fähigkeit hin überwacht, intakt zu bleiben. Nach 14 Tagen eigneten sich diese immer noch als lebensfähige Gerüste für Stammzellen.

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Die Studie zeigt auf, dass das Bioprinting mit der neuen Alginat-Polyvinylalkohol-Hydroxylapatit-Hydrogel-Formulierung zur Herstellung der Gerüste für die Knochenreparatur bestens geeignet ist und eine individuelle Behandlung ermöglicht. Zugleich zeigte sie wieder einmal auf, dass das Bioprinting ein wichtiger Bestandteil für die Knochengewebeforschung darstellt.

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