Ein Forscherteam der Texas A&M University hat mit NICE (Nanoengineered Ionic-Covalent Entanglement) eine Biotinte entwickelt, die den 3D-Druck von Knochengewebe möglich machen soll. Das Material imitiert Gewebefunktionen. Somit lassen sich Bereiche menschlicher Körperteile wie Ohren, Blutgefäße, Knorpel und Knochensegmente rekonstruieren.
Ein Forscherteam rund um den außerordentlichen Professor an der Abteilung für Biomedizinische Technik der Texas A&M University, Dr. Akhilesh K. Gaharwar, hat eine Biotinte entwickelt, die für die Erzeugung funktionellen Gewebes im anatomischen Maßstab geeignet sein soll. Das Material ist als Nanoengineered Ionic-Covalent Entanglement (NICE) bekannt und soll bisherige Mängel in Bezug auf die strukturelle Stabilität überwinden, wie die Universität in einer Pressemitteilung erklärt. Die Ergebnisse ihrer Arbeit haben die Forscher in der Studie „Nanoengineered Osteoinductive Bioink for 3D Bioprinting Bone Tissue“ zusammengetragen. Sie wurde kürzlich im Fachmagazin ACS Applied Materials & Interfaces veröffentlicht.
Natürliche Gewebefunktionen imitieren
Die Forscher verwendeten die Biotinte, um gewebeartige Strukturen, welche die natürliche Gewebefunktionen imitieren, mit einem 3D-Biodrucker herzustellen. Sie verwendeten Hydrogele und eine Kombination aus Zellen und Wachstumsfaktoren.
Knochentransplantationen sind ein chirurgischer Eingriff, um defekte Knochen zu ersetzen oder Knochenbrüche zu reparieren. Auf herkömmliche Weise entstehen sehr hohe Kosten und die Heilung geschieht sehr langsam. Die Entwicklung von Ersatzknochengewebe mit Bioprinting soll neue Behandlungsmöglichkeiten bringen. Ein dänisches Start-up namens Particle3D hat vor Kurzem eine 3D-gedruckte neuartige Knochenimplantate vorgestellt.
Derzeit verwendeten Biotinten soll es an ausreichender Biokompatibilität, Bedruckbarkeit, strukturelle Stabilität und gewebespezifische Funktionen fehlen, welche für präklinische und klinische Anwendungen nötig sind. Laut den Autoren müssen ideale Biotinten in der Lage sein, in stabile 3D-Strukturen zu extrudieren, während sie gleichzeitig die Zellen während und nach dem Druck schützen und eine geeignete Umgebung bereitstellen, die in das Zielgewebe umgestaltet werden kann.
3D-Druck mit NICE-Biotinte
Das von den Forschern entwickelte Biomaterial NICE fließt mit Zellen beladen in flüssiger Form durch die Düse und verfestigt sich, sobald es abgelagert wird. Das Material muss als Zellträger und Strukturkomponente fungieren, was hohe Druckbarkeit und eine zellfreundliche Mikroumgebung erfordert. Ist der Bioprinting-Prozess abgeschlossen, wird das zellbeladene NICE-Material zu stärkeren Gerüsten vernetzt. So lassen sich vollständige, zellfreundliche Rekonstruktionen menschlicher Körperteile wie Ohren, Blutgefäße, Knorpel und Knochensegmente erstellen.
Tests zeigten, dass die eingeschlossenen Zellen Proteine ablagern, die eine knorpelartige extrazelluläre Matrix enthalten. Diese verkalkte sich anschließend und bildete über drei Monate einen mineralisierten Knochen.