Bioprinting: Künstliche menschliche Gewebe aus dem Drucker

Ein Forscherteam der TU Dresden und Wissenschaftler der Universität Kopenhagen haben eine Methode erarbeitet, die eine zerstörungsfreie Messung der lokalen Sauerstoffkonzentration in künstlichen Geweben ermöglicht.

Gedruckte Gewebskonstrukte sollen in Zukunft krankhafte oder zerstörte Gewebe von Patienten ersetzen. Eine andere wichtige Anwendung ist die Erzeugung von Krankheitsmodellen, um neue Medikamente testen zu können.

Forscher arbeiten weltweit intensiv an der Entwicklung von Methoden des Bioprinting, also des 3-D-Druckes von in Biomaterialien eingebetteten Zellen, mit dem Ziel, menschliche Gewebe künstlich herzustellen. Problematisch dabei ist die Versorgung der Zellen im Inneren solcher Konstrukte; ein Mangel zum Beispiel an Sauerstoff führt zu deren schnellen Absterben.
Ein Forscherteam der TU Dresden um Prof. Michael Gelinsky (Dr. Ashwini Rahul Akkineni, Dr. Anja Lode u. Dr. Felix Krujatz) hat nun gemeinsam mit Kollegen von der Universität Kopenhagen (Prof. Michael Kühl und Mitarbeiter) eine neue Methode entwickelt, die eine zerstörungsfreie Messung der lokalen Sauerstoffkonzentration in solchen künstlichen Geweben erlaubt. Damit kann erstmals online der Sauerstoffgehalt in der unmittelbaren Umgebung solcher Zellen über die Zeit ermittelt werden. Diese Methode erlaubt auch die Untersuchung des Sauerstoffverbrauchs durch die Zellen – je vitaler und aktiver die Zellen sind, umso mehr Sauerstoff verbrauchen sie.

Mit der neu entwickelten Methode kann laut Mitteilung der TU Dresden sehr schnell und effizient getestet werden, ob neue Materialien für das Bioprinting, sogenannte Bioinks/Biotinten, die Vitalität und Funktion der eingebetteten Zellen in geeigneter Weise unterstützen und eine ausreichende Durchlässigkeit für Sauerstoff aufweisen, oder ob sich eingebettete Stammzellen in die gewünschte Zellsorte entwickeln.

Das Messprinzip, so die TU, sei sehr einfach: Den Biotinten (Hydrogelmaterialien) werden kleine Nanopartikel zugesetzt, die die Zellen nicht stören. Bei Anregung mit blauem Licht emittieren diese rotes Licht, dessen Leuchtintensität abhängig von der umgebenden Sauerstoffkonzentration ist: je mehr Sauerstoff, desto niedriger ist die Intensität. Das ausgesendete Licht kann mithilfe einer Kamera eingefangen werden und somit entsteht ein Abbild der räumlichen Verteilung des Sauerstoffs im künstlichen Gewebe. Bilder können beliebig oft zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommen werden, sodass die Entwicklung über die Zeit beobachtet werden kann.

Die Publikation ist erschienen in „Avanced Functional Materials“, doi.org/10.1002/adfm.201804411

Quelle: TU Dresden