Geweberegeneration: Hydrogele und Fasern im 3-D-Druck vereint

Ein Verfahren, das Hydrogele und Fasern kombiniert, ermöglicht die Herstellung von Geweben mit faserigen Strukturen und einachsiger Zellenausrichtung. Die Forschungsergebnisse bergen das Potenzial für die künstliche Herstellung von biologischem Gewebe.

In der Studie von Prof. Leonid Ionov und seinem Team der Universität Bayreuth wurden verschiedene Arten von Hydrogelen für den 3-D-Druck von Geweben getestet. Bei einem Hydrogel handelt es sich um ein wasserenthaltendes und gleichzeitig wasserunlösliches Polymer. Zudem werden die zellenthaltenden Hydrogele, die auch als Bio-Tinte bezeichnet werden, mit Fasern kombiniert, um einen neuen Verbundstoff zu erhalten. Dies geschieht durch die Verwendung eines 3-D-Bio-Drucks mit integriertem Touch-Spinning-Verfahren. Die Bayreuther haben nun zum ersten Mal die 3-D-Drucktechnologie mit der Touch-Spinning-Technologie in einem einzigen Gerät zusammengeführt.

„Die in dieser Studie gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Bedeutung für die Herstellung von Geweben und insbesondere von Geweben mit faserigen Strukturen und einachsiger Ausrichtung der Zellen wie Binde- und Muskelgewebe“, erläutert Prof. Leonid Ionov.

Die Bayreuther Wissenschaftler haben bei den Versuchen verschiedene Hydrogele genutzt und deren Eigenschaften verglichen. Hydrogele finden seit Jahrzehnten breite Anwendung in den Bereichen Tissue Engineering und Biofabrikation als Gerüstmaterialien. Tissue Engineering ist der Überbegriff für die künstliche Herstellung biologischer Gewebe und wird auch Gewebezucht genannt.

Durch die Kombination eines Hydrogel-Systems mit einem Faser-System verringern sich die Anforderungen an die Verarbeitung von Hydrogelen, wie zum Beispiel die Vernetzung zur Verbesserung ihrer mechanischen Eigenschaften, da bei diesen Verbundwerkstoffen die mechanischen Eigenschaften durch das Fasersystem abgedeckt werden. Außerdem ist die Forderung nach einem niedrigen Vernetzungsgrad vorteilhaft für die anschließende Gewebebildung. „Das Hydrogel bietet den Zellen eine wässrige Umgebung, die das gute Funktionieren der Zellen fördert, während die Fasern die Ausrichtung der Zellen entlang der Hauptrichtung der Faser steuern sollen“, so Ionov.