3D-Biodruck: Verbesserte Biotinte entwickelt

Forschern des Naturwissenschaftlichen und Medizinischen Instituts (NMI) in Reutlingen und der TU Darmstadt ist gelungen, elektro-gesponnene Fasern in Biotinte einzubauen, wodurch der Nährstofftransport messbar verbessert werden kann.

Wie können Gewebe im 3D-Drucker hergestellt werden, die möglichst gut die komplexe Anatomie von natürlichem Körpergewebe nachahmen? Der 3D-Biodruck ist eine große Hoffnung im Bereich der regenerativen Medizin, um miniaturisierte Gewebe und Organvorläufer mit biologischer Funktionalität zu erzeugen. Heute arbeitet die Wissenschaft aber noch an der Herausforderung, überhaupt ein druckbares und zugleich verträgliches Ausgangsmaterial herzustellen. Forscher des NMI in Reutlingen, der TU Darmstadt und der Black Drop Biodrucker GmbH haben eine neuartige Biotinte entwickelt, mit der etwa der Nährstofftransport in gedrucktem Gewebe verbessert wird.

Bioprinting: Viele Herausforderungen, viele Chancen

3D-Biodruck, Biotinte, Elektrospinning: Was ist das überhaupt? 3D-Druck ist inzwischen in viele Lebens- und vor allem Wirtschaftsbereiche eingezogen. Es ist ein Verfahren, in dem mit einem speziellen Ausgangsmaterial ein dreidimensionales Objekt gedruckt wird. Beim 3D-Biodruck ist dieses Ausgangsmaterial die Biotinte, die lebende Zellen enthält und zum Beispiel mit Hydrogelen und biologischen Faktoren kombiniert wird, um organische Objekte zu drucken. Ergänzend ist es mit Elektrospinning möglich, hauchdünne Fasern herzustellen.

Elektro-gesponnene Fasern ermöglichen Nährstofftransport

„Mit 5-10 µm Durchmesser liegen diese Fasern im Bereich von Blutkapillaren und sind der entscheidende Fortschritt in unserer Biotinte“, erklärt Dr. Hanna Hartmann, Bereichsleiterin am NMI und Erfinderin im gemeinsamen Patent. Bislang war der Transport von Nährstoffen in 3D-gedrucktem Gewebe ein großes Problem. „Die Fasern verbessern diesen Transport nun messbar. Die besonders spannende Erkenntnis für uns: Dafür müssen sie nicht einmal innen hohl sein“, berichtet Jannik Stadler, Standortleiter der Black Drop Biodrucker GmbH, die als Koordinator des BMBF-geförderten Projekts NatInk maßgeblich an der Entwicklung der Biotinte beteiligt war. Zudem habe diese Biotinte besonders vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich ihrer mechanischen Festigkeit und quelle weniger stark auf. Dies konnte Annabelle Neuhäusler, Doktorandin am Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren an der TU Darmstadt, in der gemeinsamen Publikation zeigen.

Ein Schritt hin zu besseren Gewebemodellen für die Pharmaforschung

In Zukunft könnten den Forschern zufolge solche verbesserten Biotinten beispielsweise zur Herstellung von Gewebemodellen für die Pharmaforschung genutzt werden. Hierdurch können Tierversuche eingespart und Patienten-individualisierte Wirkstoffe getestet werden. Ein weiteres Anwendungsfeld liege im Bereich der regenerativen Medizin. Neben der Steigerung der Nährstoffdiffusion trägt die Faserintegration zu einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Biotinten bei, so die Wissenschaftler. Dieser Umstand sei besonders für chirurgische Anwendungen, in denen Handling, Formtreue und primär Festigkeit eine wesentliche Rolle spielen, von Bedeutung.