Forschungsprojekt "SLaMM": Italienische Wissenschaftler drucken erstes 1:1 Bio-Hybrid-Modell der Blut-Hirn-Schranke mit 3D-Drucker

 19. Februar 2018  Andreas Krämer  

Italienischen Wissenschaftlern vom Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) ist es gelungen, ein 1:1 Bio-Hybrid-Modell der Blut-Hirn-Schranke herzustellen. Verwendet wurden dafür synthetische als auch organische 3D-Druck-Materialien. Und ein 3D-Drucker eines deutschen Herstellers.

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Die Wissenschaftler des Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) haben mit einem 3D-Drucker das erste Bio-Hybrid-Modell der Blut-Hirn-Schranke gebaut. Die funktionale anatomische Struktur dient dem Schutz des Nervensystems vor externen Substanzen wie Krankheitserregern, doch zugleich auch vor den Wirkstoffen in Medikamenten, die intravenös in den Körper eingeführt werden. Das Modell setzt sich aus künstlichen und biologischen Komponenten zusammen, kann also durchaus dem sehr interessanten Feld der 3D-Bioprintings zugeordnet werden. Mit dem 3D-gedruckten Modell sollen neue therapeutische Methoden zur Überwindung der Blut-Hirn-Schranke und für die Behandlung von Gehirnerkrankungen wie zum Beispiel Tumore erforscht werden. Niederländische Wissenschaftler hatten zuletzt mit einem 3D-Drucker ein Blutgefäß-Modell für die Thrombose-Forschung herstellen.

Die Koordinierung der Studie erfolgte von Gianni Ciofani, der Forscher am IIT und Professor am Politecnico di Torino ist, berichtet das Unternehmen Nanoscribe in einer Mitteilung an das 3D-grenzenlos Magazin. Das Forschungsprojekt mit dem Namen „SLaMM“ hat das Ziel, neue Nanotechnologien zur Behandlung von Gehirnerkrankungen zu entwickeln, heißt es weiter. Vom European Research Council (ERC) wird das Projekt gefördert. Das erste künstlich gefertigte Nano-Hybrid-Modell erschien vor kurzem im angesehenen Wissenschaftsmagazin Small.

Das mikrofluidische System, dessen künstliche Komponenten mit modernster 3D-Mikrofabrikationstechnik hergestellt wurden besteht aus biologischen Komponenten (Endothelzellen), die als flache Zellen die Innenseite der Blutgefäße auskleiden. Zum Einsatz kam ein 3D-Drucker von Nanoscribe, der mit einem laserlithografischen Prozess basierend auf Photonen-Polymerisation lichtempfindliche Materialien schichtweise belichtet und aushärtet.

Von den Forschern wurde mit flüssigen Fotolack ein exaktes 1:1 Modell der Blut-Hirn-Schranke in realer Größe in 3D gedruckt. Fünfzig parallele zylindrische Kanäle, die durch Abzweigungen verbunden sind und Poren auf den Zylinderwänden zeigen, bilden das mikrofluidische System. Die einzelnen röhrenförmigen Strukturen haben 10 Mikron Durchmesser und die Poren zeigen einen Durchmesser von 1 Mikron, die gleichmäßig auf alle Zylinder verteilt sind.

Nach der Fertigung der komplexen Struktur sind Endothelzellen rund um die gerüstartigen Polymer-Strukturen kultiviert worden. Als Ergebnis entstand ein biohybrides System, indem die Zellen über das gedruckte Gebilde gelegt wurde und eine biologische Barriere bildeten, vergleichbar mit dem natürlichen Modell. In den USA gelang es Forschern ein funktionierendes Blutgefäßsystem per 3D-Drucker zu fertigen.

Die Größe des ersten Hybrid-Modells der Blut-Hirn-Schranke beläuft sich auf ein paar Millimeter. Hier fließen Flüssigkeiten mit dem gleichen Druck hindurch wie Blut durch echte Blutgefäße. Die Forscher werden das Modell in Zukunft nutzen, um die Interaktion von Wirkstoffen und ihrer Abgabe mit Nano-Vektoren zu verstehen. Mit der Überwindung der Blut-Hirn-Schranke soll das zentrale Nervensystem angesprochen werden, verbunden mit dem Hauptziel neue therapeutische Methoden zur Behandlung von Gehirntumoren und weiterer Gehirnerkrankungen wie Alzheimer oder Multiple Sklerose zu entwickeln.

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