Forscher aus Portugal haben in einer wissenschaftlichen Untersuchung das Potenzial des 4D-Drucks für das Bioprinting in der Regenerativen Medizin untersucht. Die Forscher kamen zu dem Ergebnis, dass das 4D Bioprinting einen sehr positiven Einfluss auf die schnelle und kostengünstige Herstellung von Organen mit 3D-Druck haben kann, in ferner Zukunft vielleicht sogar direkt in der Praxis. Wir stellen die Zusammenfassung der Forschungsarbeit zum 4D Bioprinting einmal genauer vor.

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Der 3D-Druck hat in den letzten Jahren eine rasante Entwicklung hingelegt, mit zahlreichen Ausflügen auf die nächste Ebene, den 4D-Druck, sei es in ernsthaften, weltumspannenden oder kreativen und manchmal sogar skurrilen Projekten. Nun sehen die Forscher, dass Fortschritte beim 4D-Biodruck  auch bis in die Arztpraxen vordringen können.

Die Autoren Pedro Morouço und João Gil von Biofabrication RDi Group, Centre for Rapid and Sustainable Product Development am Polytechnischen Institut von Leiria (Portugal) erläutern ihre Ergebnisse im Bereich des vierdimensionalen Bioprintings für die Regenerative Medizin unter dem Titel „Four-Dimensional Bioprinting for Regenerative Medicine: Mechanisms to Induce Shape Variation and Potential Applications“ (auf researchgate.net ansehen).

Bedeutung für die regenerative Medizin

4D Bioprinting
Visualisierung vom 4D Bioprinting, also den Einsatz der 4D-Drucktechnologie für die additive Verarbeitung organischer Substanzen, zum Beispiel zu Organen (Bild © Pedro Morouço, João Ferreira Gil/researchgate.net).

Die regenerative Medizin ist ein zentraler Schwerpunkt beim Bioprinting, da Forscher auf der ganzen Welt versuchen, die Herausforderungen der Erhaltung von lebendem Gewebe im Labor zu bewältigen. Das Endziel, der heilige Gral des Biodrucks, ist die Herstellung menschlicher Organe im Labor – oder vielleicht sogar in der klinischen Praxis – was die Beseitigung von Spenderlisten, die Abstoßung von Organen und die mangelnde Lebensqualität für eine Vielzahl von Patienten weltweit bedeutet. Zukunftsmusik, ohne Frage. Doch die Entwicklungen in dem Bereich nehmen zu, ebenso die Zahl der weltweiten Forscher, die sich mit dem 3D-Druck von Organen beschäftigen.

Das Forscherteam sieht beim Vorstoß 4D-Druck beim Bioprinting einzusetzen das Potenzial für größere Fortschritte in der Medizin und Geweberegeneration hin, mit deutlich mehr Kontrolle über Porengröße, Form und Vernetzung des organischem Gewebes. Mit dem 4D-Druck können Forscher außerdem die Grenzen von Implantaten überschreiten, die sich nicht entsprechend ihrer biologischen Umgebung verändern können, zum Beispiel durch das Mitwachsen bei Kinderprothesen.

Aktuelle Anwendungen für 4D Bioprinting

Tabelle © Pedro Morouço, João Ferreira Gil/researchgate.net

Target tissueMaterialProcessStimulus
Not specifiedHydrogel composite inkExtrusion-basedWater
Blood vesselsBiopolymers (alginate
and hyaluronic acid)
Extrusion followed
by crosslinking
Light
Not specifiedPolyurethaneExtrusion-basedTemperature
Not specifiedMethylcelluloseExtrusion-basedTemperature
Not specifiedSoybean oil epoxidised
acrylate
Laser-assistedTemperature
CartilageCollagen, agarose, and
iron nanoparticles
Extrusion-based with
a magnetic field
Magnetic
Neural conduitGrapheneLaser-assistedThermomechanical

Bioinks (Biotinten, Tinten aus organischen Substanzen) werden häufig bei der Herstellung lebensfähiger Zellen verwendet, aber sie müssen bestimmte Erfolgskriterien erfüllen, und die Forscher müssen die Anfälligkeit für Temperatur, periphere Chemikalien, Stress und Fragen wie UV-Lichteinwirkung steuern. Auch bei den „intelligenten Materialien“ wurden erhebliche Fortschritte erzielt, nämlich beim Biodruck und bei der Formmodellierung. Und während die Schaffung patientenspezifischer Organe noch vor der Tür zu stehen scheint, weist das Forschungsteam darauf hin, dass beim Aufbau menschlicher Gewebestrukturen im Labor noch viel zu tun bleibt. Über die weitere Entwicklung des 4D-Bioprintings informieren wir bei allen Neuigkeiten im Newsletter (hier abonnieren).

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