Wie lange es noch dauert, bis der Traum vom 3D Druck transplantationsfähiger Organe endlich Wirklichkeit sein wird, vermag derzeit niemand seriös vorherzusagen. Ein guter Schritt in diese Richtung dürfte einem US-amerikanischen Forscherteam von der Penn State University nun gelungen zu sein.
So scheint es den Forschern gelungen zu sein, eine Biotinte zu entwickeln, welche sich besser in den Körper integrieren lässt als dies bei den bisherigen Ansätzen der Fall gewesen war. Dieser Schritt könnte helfen, eine wichtige Hürde zu nehmen, an welcher der Bioprint, wie der 3D Druck von Organen auch genannt wird, zuvor immer wieder gescheitert war. Nämlich an dem Problem, dass sich dicke Gewebe-Strukturen aus herkömmlichen Biotinten im Körper nicht dauerhaft halten kann.
Der Schlüssel: Selbstorganisierende Nanopartikel
Auf der Basis selbstorganisierender Nanopartikel, Hydrogel-Mikropartikel oder Mikrogele, konnten die Penn-State-Forscher eine neuartige granulare Hydrogel-Biotinte entwickeln, welche ein zuvor unerreichtes Maß an Porosität, Formtreue und Zellintegration ermöglicht.
„Die größte Einschränkung beim 3D-Biodruck mit herkömmlichen Hydrogel-Biotinten ist der Kompromiss zwischen Formtreue und Lebensfähigkeit der Zellen, der durch die Steifigkeit und Porosität des Hydrogels bestimmt wird“, so Sheikhi. „Eine Erhöhung der Steifigkeit des Hydrogels verbessert die Formtreue des Konstrukts, verringert aber auch die Porosität, was die Lebensfähigkeit der Zellen beeinträchtigt.“
Tissue Engineering statt Bulk-Netzwerke
Als von entscheidender Bedeutung erwies sich dabei die Entwicklung von Mikrogelen für die Entwicklung sogenannter Tissue-Engineering-Gerüste anstelle der zuvor verwendeten Bulk-Hydrogele.
Der Vorteil von Bulk-Hydrogelen besteht darin, dass diese eine große Menge Wasser aufnehmen können, ihre Struktur zugleich jedoch beibehalten.
Der Nachteil besteht allerdings darin, diese Bulk-Hydrogele nanoskaligen Poren enthalten, welche sowohl die Zell-Zell- als auch die Zell-Matrix-Interaktionen und zugleich den Sauerstoff- und Nährstofftransfer einschränken. Außerdem müssen diese abgebaut bzw. umgestaltet werden, um die Infiltration und Migration von Zellen zu ermöglichen, mit der Folge, dass dabei die Integration von Biotinte und Gewebe erschwert oder sogar verhindert wird.
Die von den Penn-State-Forschern neu entwickelte Biotinte kann körnige Hydrogel-Gerüste 3D-Konstrukte in situ bilden und gleichzeitig die Porosität der geschaffenen Strukturen regulieren. Dieser Schritt macht es nun endlich möglich, die Steifigkeit von Hydrogelen von deren Porosität zu entkoppeln.
Auf diesem Wege wurde das Problem des „Verklemmens“ gelöst, ohne andererseits die positiven Eigenschaften der körnigen Hydrogele zu beeinträchtigen. Im nächsten Schritt soll diese Methode auch auf andere granulare Plattformen aus synthetischen, natürlichen oder hybriden polymeren Mikrogelen ausgeweitet werden. Die Forscher erhoffen sich hierbei Schlussfolgerungen inwiefern sich nanotechnologisch hergestellte granulare Biotinte für die Gewebezüchtung und -regeneration eignen. Diese wäre schließlich die Voraussetzung für künstlich hergestellte Organe.
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