Die Ressourcen von Rheolution im Bereich der Biowissenschaften

Haben Sie schon einmal von Heilungstanks aus Science-Fiction-Filmen geträumt? Das ihnen zugrunde liegende Prinzip des neutralen Auftriebs hat eine einzigartige Lösung für den 3D-Druck mit weichen, flüssigkeitsähnlichen Tinten hervorgebracht. Die Bioprinting-Technik „Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels“ (FRESH) wurde entwickelt, um den Druck dieser anspruchsvollen Materialien zu ermöglichen, die sich ideal für Anwendungen im Bereich des Tissue Engineering eignen. Das Geheimnis liegt in einem ausgeklügelten Stützbad, das die weichen Strukturen hält und gleichzeitig die Bewegung der Extrudernadel ermöglicht. Mit seiner Vielseitigkeit, der hohen Zellviabilität und dem Potenzial für den Druck großer Konstrukte eröffnet FRESH eine Welt voller Möglichkeiten und bringt uns einen Schritt näher an den 3D-Bioprinting von patientenspezifischem Gewebe auf der Grundlage anatomischer Daten.

Beim 4D-Bioprinting wird „Zeit“ als vierte Dimension eingeführt, wodurch sich gedruckte Objekte im Laufe der Zeit verändern können. Physikalische Reize wie Licht, Temperatur oder Magnetismus können solche Veränderungen auslösen. Der Bioprinting-Prozess kann zudem durch Temperatur- oder pH-Wert-Änderungen eine gezielte Wirkstofffreisetzung ermöglichen. Nano-Hydrogele können als Wirkstoffträger dienen, die durch Magnetfelder gesteuert werden und sich durch Enzyme schnell abbauen lassen. Darüber hinaus können Hydrogele auf biologische Signale reagieren und so die Tumorbehandlung unterstützen, indem sie Wirkstoffe freisetzen und sich anschließend im Laufe der Zeit biologisch abbauen.

Im Januar 2022 untersuchten wir Alginat-Hydrogele im Bereich des Tissue Engineering und der Wirkstoffabgabe. Alginat, das häufig als Bio-Tinte im 3D-Bioprinting verwendet wird, bildet Hydrogele mit einstellbaren Eigenschaften. Wir untersuchten die Auswirkungen unterschiedlicher CaCl₂-Konzentrationen auf die Vernetzung von Alginat, die für den 3D-Druck von entscheidender Bedeutung ist. Aufgrund der geringen Viskosität von Alginat umfassen die Druckverfahren die Vorvernetzung mit CaCl₂, die Verwendung einer koaxialen Nadel zur sofortigen Vernetzung oder die Mischung von Alginat mit anderen Biomaterialien zur Verbesserung der Druckbarkeit.

Narben, die im Rahmen des Wundheilungsprozesses entstehen, weisen im Vergleich zum umgebenden Gewebe Unterschiede in der Viskoelastizität auf. Während Hautnarben in erster Linie ästhetische Auswirkungen haben, können Narben in inneren Geweben und Organen deren Funktion beeinträchtigen. So kann beispielsweise die Narbenbildung im Herzmuskel nach einem Herzinfarkt zu einer verminderten Muskelkraft und möglicherweise zu Herzinsuffizienz führen. Es ist wichtig zu beachten, dass das viskoelastische Verhalten allen Komponenten des Körpers eigen ist und eine Rolle bei deren physiologischer Funktion spielt. Zellen, Gewebe und Organe zeigen sowohl viskose (flüssigkeitsähnliche) als auch elastische (festkörperähnliche) Reaktionen, wenn sie mechanischen Kräften ausgesetzt sind. Diese viskoelastische Reaktion ermöglicht eine Verformung unter Krafteinwirkung und eine allmähliche Rückkehr in den ursprünglichen Zustand, sobald die Kraft entfernt wird.