Forscher der University of California, Berkeley haben eine Methode entwickelt, die den „3D-Kryodruck“ verbessern soll. Mit dem 3D-Kryodruck-Verfahren der Forscher könnte der 3D-Biodruck robuster mit Zellen besäter Alginatgerüste möglich sein. Wir stellen die Forschungsarbeit einmal genauer vor.

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Forscher der University of California, Berkeley haben einen gefriermodulierten Vernetzungsansatz vorgestellt, mit dem der 3D-Druck von menschlichem Gewebe mit verbesserter klinischer Lebensfähigkeit möglich werden könnte. Gewöhnliche biogedruckte Gewebe könnten zu weich sein, um ihr eigenes Gewicht zu tragen. Gefrorene und vernetzte Biotinten hingegen könnten die Schaffung von Zellstrukturen erleichtern, die eine gewünschte Form beibehalten können. Mit dem „3D-Kryodruck“-Verfahren könnte der 3D-Biodruck robuster Alginatgerüste möglich sein, die mit Zellen besät sind.

Ihre Arbeit haben sie im Fachjournal Bioprinting in einem Artikel mit dem Titel „Freezing-modulated-crosslinking: A crosslinking approach for 3D cryoprinting“ vorgestellt. US-Forscher untersuchten im Vorjahr den Kryo-Biodruck zur Verbesserung der Haltbarkeit von Gewebe aus dem 3D-Drucker.

3D-Kryodruck bisher

Tissue Engineering
Die Entwicklung von Biotinten ist ein wichtiger Bestanteil der Forschungsarbeit zum 3D-Druck von Zellstrukturen, zum Beispiel für den 3D-Druck von Haut, Organen oder anderen organischen Substanzen (Symbolbild).

Der 3D-Biodruck weicherer Biomaterialien wie Natriumalginat ist schwierig. Das auf Algen basierende komplexe Kohlenhydrat ist zwar erschwinglich und stark biokompatibel, es würde jedoch sehr lange Vorlaufzeiten erfordern, die durch die notwendige Vernetzung verursacht werden. Viele Forscher nutzen den schichtweise 3D-Kryodruck in Strukturen, bei dem die Biotinte nach der Abscheidung schnell abgekühlt und eingefroren wird. Das Auftauen könnte jedoch zu ihrem Zusammenbruch führen. Der 3D-Kryodruck erfordert zudem die Verwendung interner Vernetzung, wodurch Biotinten nur kurze Zeit extrudiert werden, bevor sie unter hoher Viskosität leiden. Das Auftauen verringert die Lebensfähigkeit der Gerüste, was vor allem dann eine Rolle spielt, wenn es um Gewebezüchtung geht.

3D-Kryodruck-Methode der Forscher aus Berkeley

Die Forscher haben die gefriermodulierte Vernetzung entwickelt, bei der Strukturen eingefroren und dann in einem Kalziumbad aufgetaut werden. So wird das Gewebe Schicht für Schicht vernetzt und eine festgelegte Form beibehalten. Mit einem mathematischen Modell ermittelten sie dazu die optimale Temperatur, bei der Materialien eingefroren und aufgetaut werden. Die Forscher stellten mit ihrem Prozess einige mehrschichtige Alginatobjekte her, die für spätere zellbasierte Experimente gekühlt oder gefroren gehalten werden konnten.

Die Menge an Kalzium, in die die Materialien getaucht wurden, hatte keinen Einfluss auf ihre Schrumpfung. Die Senkung der Prozesstemperatur führte auch nicht zu Genauigkeitsvorteilen. Durch das Auftauen der Gerüste schrumpften diese mit einer höheren Geschwindigkeit. Die bei 20 °C vernetzten Gewebe wurden dabei kleiner als die bei -0,05 °C vernetzten. Bei einer Objekttemperatur von -80 °C und einer Badtemperatur von -0,05 °C schienen die Parameter für die Vernetzung ideal. Nun wollen die Forscher weitere Untersuchungen durchführen, um zu sehen, wie sich ihr Ansatz auf die Lebensfähigkeit von Zellen auswirkt. Das wäre für die Forschung und Entwicklung von regenerativem Gewebe von entscheidender Bedeutung.

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