Österreichische Forscher der TU Wien entwickeln eine 3D-Druck-Methode für Gewebe, das Verletzungen mit körpereigenen Zellen heilen soll. Ihr Ansatz bringt 3D-gedruckte Gitter hervor, die optisch einem Fußball ähneln und eine verbesserte Wundheilung möglich machen sollen. Wir stellen es vor.

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Forscher an der Technischen Universität Wien arbeiten laut einer Pressemitteilung an künstlichem Gewebe, das Verletzungen mit körpereigenen Zellen heilen soll. Ihr Ansatz, der derartiges Gewebe mit dem 3D-Bio-Drucker ermöglicht, beinhaltet 3D-gedruckte winzige Fußball-ähnliche Käfige, die sich leicht und dicht mit Zellen besiedeln lassen und selbstständig zu größeren Einheiten zusammenwachsen. In der Fachzeitschrift „Acta Biomaterialia“ haben sie ihre Arbeit „Hybrid spheroid microscaffolds as modular tissue units to build macro-tissue assemblies for tissue engineering“ veröffentlicht.

3D-Druck von Gewebe

Es gibt bislang mehrere Ansätze Gewebe aus körpereigenen Zellen künstlich herzustellen. Kleine Zellagglomerate lassen sich züchten und in der gewünschten Form einfügen, wo sie anschließend miteinander verwachsen. Die Zelldichte erreicht hohe Werte, aber Zellkügelchen könnten ihre Größe oder Form ändern, was zu anderen Eigenschaften führt als erwünscht.

Ein anderer Ansatz wäre es, ein feines, poröses Gerüst („Scaffold“) aus bioverträglichen Materialien herzustellen und es mit Zellen zu besiedeln. Es ist jedoch nicht so einfach, die Struktur schnell und komplett mit Zellen zu besiedeln. Ist das Gerüst größer, dauert es länger, bis die Zellen in sein Inneres hineinwandern. Die Zelldichte fällt dadurch eher gering und ungleichmäßig aus. Auch bei dem insulinproduzierenden Gewebe aus dem 3D-Drucker setzen Forscher aus Deutschland auf 3D-gedruckte Gerüste.

Vernetztes Gewebe ähnelt einem Fussball

3D-gedrucktes Gewebe unterm Mikroskop
Die winzigen 3D-gedruckten Gerüste ähneln einem Fußball, wie im Bild zu erkennen ist (Bild © TU Wien).

Die Forscher der TU Wien verknüpfen beide Methoden. Aleksandr Ovsianikov vom Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie der TU Wien hat für dieses Vorhaben vor fünf Jahren einen hochdotierten „Consolidator Grant“ des Europäischen Forschungsrats (ERC) erhalten.

Mit einer sehr hochauflösenden, laserbasierten 3D-Druck-Methode entstehen winzige Gerüste in der Form von Fußbällen. Sie haben einen Durchmesser von weniger als einem Drittel Millimeter. Die Fünf- und Sechsecke des „Fußballs“ werden mit rund 0,035 Millimeter dünnen Streben gebildet. Der Co-Autor der Arbeit, Oliver Kopinski-Grünwald, erklärt, dass er diese aus einem kommerziell verfügbaren, biokompatiblen, biologisch abbaubaren polyester-basierten Material gedruckt hat.

Die Forscher können Form und mechanische Eigenschaften der Mikro-Gerüste flexibel anpassen. Sie sind in der Lage, sehr schnell Tausende von Zellen aufzunehmen und rasch eine hohe Zelldichte zu erreichen. Die Zellen werden außerdem durch die Struktur vor äußerer mechanischer Beschädigung geschützt.

Kopinski-Grünwald erklärte:

„Wenn viele dieser Einheiten zusammengebracht werden, kann man in kurzer Zeit große Gewebekonstrukte mit einer hohen Ausgangszelldichte herstellen. Trotzdem können wir die mechanischen Eigenschaften der Struktur gut kontrollieren.“

Es zeigte sich, dass die zellgefüllten „Fußbälle“ miteinander verwachsen, gemeinsames Gewebe bilden und die Struktur behält dabei ihre Form. Können die Forscher die auf Mikro-Gerüsten basierten Gewebe-Einheiten injizierbar machen, wären sie in der minimalinvasiven Chirurgie als Knorpel- oder Knochenersatz einsetzbar.

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