{"id":65187,"date":"2022-12-06T10:18:10","date_gmt":"2022-12-06T15:18:10","guid":{"rendered":"https:\/\/rheolution.com\/?p=65187"},"modified":"2026-08-14T11:06:17","modified_gmt":"2026-08-14T15:06:17","slug":"das-potenzial-von-fresh-im-bioprinting","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/rheolution.com\/de\/rheolution-artikel\/das-potenzial-von-fresh-im-bioprinting\/","title":{"rendered":"Was ist FRESH-Bioprinting und wie funktioniert es?"},"content":{"rendered":"\t\t
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Rheolution-Artikel | Dezember 2022<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Was ist FRESH-Bioprinting und wie funktioniert es?<\/h1>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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von Gloria Pinilla, M.Sc.<\/a>, Senior Application Specialist f\u00fcr, Rheolution Inc.<\/p><\/div><\/div><\/div><\/div>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Haben Sie schon einmal von der Science-Fiction-Vorstellung getr\u00e4umt, die Verletzungen eines Patienten in einem schwebenden Verj\u00fcngungstank zu behandeln? Das Ph\u00e4nomen, das diese Schwebezust\u00e4nde erm\u00f6glicht \u2013 der neutrale Auftrieb \u2013, scheint Forscher dazu inspiriert zu haben, eine L\u00f6sung f\u00fcr den 3D-Druck mit weichen, fl\u00fcssigkeits\u00e4hnlichen Materialien zu finden, bei denen es \u00e4u\u00dferst schwierig w\u00e4re, die Druckgenauigkeit an der Luft aufrechtzuerhalten, da die Schwerkraft sie zusammenfallen lassen w\u00fcrde. Obwohl wasserbasierte St\u00fctzfl\u00fcssigkeiten (wie sie in Schwebeb\u00e4dern verwendet werden) mit den in der Gewebez\u00fcchtung weit verbreiteten wasserbasierten Hydrogelen niemals funktionieren w\u00fcrden, entwickelte sich diese Idee des 3D-Drucks in einem St\u00fctzbad weiter, um die Auswirkungen der Schwerkraft durch den Einsatz gelartiger Materialien zu minimieren, die reversibel festes und fl\u00fcssigkeits\u00e4hnliches Verhalten zeigen k\u00f6nnen und so die Ablagerung von Hydrogel in ihrem Inneren erm\u00f6glichen. <\/p>

In diesem Monat November haben wir uns mit dem Bioprinting-Verfahren \u201eFreeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels\u201c (FRESH) befasst, einem eingebetteten Bioprinting-Ansatz, der speziell f\u00fcr den Druck weicher und niedrigviskoser, fl\u00fcssigkeits\u00e4hnlicher Bio-Tinten optimiert wurde, die in der Gewebez\u00fcchtung weit verbreitet sind. Allgemein l\u00e4sst sich das eingebettete 3D-Bioprinting als eine mit einem St\u00fctzmaterial gef\u00fcllte Baukammer beschreiben, in der Biomaterialien und Zellen mithilfe eines spritzenbasierten Extruders im 3D-Raum abgelegt werden. Das FRESH-Verfahren erm\u00f6glicht somit das Drucken von unmodifizierten biologischen Hydrogelen wie Kollagen Typ I und dezellularisierter extrazellul\u00e4rer Matrix (ECM) mit hochdichten, zellhaltigen Bio-Tinten zur Herstellung funktioneller, k\u00fcnstlich hergestellter Gewebe. <\/p>

Die zentrale technische Herausforderung bei diesem Ansatz besteht darin, ein St\u00fctzbadmaterial zu entwickeln, das die weichen, gedruckten Strukturen w\u00e4hrend des Extrudierens und Aush\u00e4rtens st\u00fctzen kann und gleichzeitig eine reibungslose Bewegung der Extrudernadel durch das St\u00fctzbad w\u00e4hrend des Druckvorgangs erm\u00f6glicht. Konkret besteht die rheologische Anforderung an das St\u00fctzbadmaterial darin, dass es unterhalb einer Schwelle der aufgebrachten Scherspannung \u2013 d.\u202fh. der Flie\u00dfgrenze \u2013 als Feststoff wirken muss; ab dieser Schwelle wechselt es von einem festen zu einem fl\u00fcssigkeits\u00e4hnlichen Verhalten. Im Bereich um die Nadel herum erm\u00f6glicht das fl\u00fcssigkeits\u00e4hnliche Verhalten des St\u00fctzbads (aufgebrachte Scherspannung h\u00f6her als die Flie\u00dfgrenze) eine reibungslose Bewegung der Nadel. Sobald sich die Nadel zur\u00fcckzieht, verfestigt sich das St\u00fctzbad wieder (aufgebrachte Scherspannung niedriger als die Flie\u00dfgrenze). Die optimale Flie\u00dfgrenze des St\u00fctzbads h\u00e4ngt von den zu druckenden Materialien, dem Nadeldurchmesser und der Nadel\u00e4nge sowie von Prozessparametern wie der Druckgeschwindigkeit ab [1]. <\/p>

Das FRESH-Druckverfahren bietet mehrere herausragende Vorteile. An erster Stelle steht seine Vielseitigkeit. Obwohl FRESH urspr\u00fcnglich unter Verwendung eines Tr\u00e4gerbads auf Gelatinebasis beschrieben wurde [2], hat die Entwicklung verschiedener B\u00e4der den Druck weicher Materialien mit einem breit gef\u00e4cherten Spektrum an Gelierungsmechanismen erm\u00f6glicht (Abbildung 1). Da zudem die Vernetzungsmittel in das Bad eingemischt werden, wird das extrudierte Bio-Tintenfilament sofort von allen Seiten mit der Fl\u00fcssigkeit in Kontakt gebracht, wodurch umgehend ein gleichzeitiger Gelierungsprozess ausgel\u00f6st wird. Dies steht im Gegensatz zum Drucken an der Luft, bei dem die M\u00f6glichkeiten zur Ausl\u00f6sung der Gelierung begrenzt sind. Zweitens bietet das St\u00fctzbad eine Umgebung, die den Zelltod verhindert und w\u00e4hrend des Druckvorgangs eine hohe Zellviabilit\u00e4t aufrechterh\u00e4lt. Neben der Temperaturregelung kann der w\u00e4ssrige Anteil des St\u00fctzbads aus Zellkulturmedien, Wachstumsfaktoren oder anderen Biomolek\u00fclen bestehen, die das \u00dcberleben der Zellen sichern sollen. Daraus ergibt sich der dritte wesentliche Vorteil der Technik: die Gr\u00f6\u00dfe der Konstrukte, die gedruckt werden k\u00f6nnen. Bislang waren die meisten biogedruckten 3D-Gewebekonstrukte im Vergleich zu den Geweben oder Organen, die sie ersetzen sollen, relativ klein. FRESH wurde bereits eingesetzt, um auf der Grundlage von MRT-Bilddaten ein physikalisches Modell des menschlichen Herzens im Neugeborenenma\u00dfstab aus Kollagen Typ I zu erstellen [3]. Und Forscher best\u00e4tigen, dass diese Technik das Potenzial hat, eine skalierbare additive Fertigungstechnologie zu werden, mit der Gewebe in Originalgr\u00f6\u00dfe auf der Grundlage patientenspezifischer anatomischer Daten hergestellt werden k\u00f6nnen. <\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Abbildung 1.<\/b> Abbildung, die die Vielseitigkeit der FRESH-Technik veranschaulicht, die den Druck einer breiten Palette von Bio-Tinten erm\u00f6glicht, darunter weiche und niedrigviskose nat\u00fcrliche Materialien sowie synthetische Materialien. Dar\u00fcber hinaus erm\u00f6glicht der integrierte Charakter von FRESH das Drucken mit schichtweisen, nicht-planaren oder Freiform-Druckbahnen, um Geometrien zu erzeugen, die beim Drucken in der Luft nicht realisierbar sind (modifiziertes Bild aus <\/span>Shiwarsky et al. <\/span><\/i>[1]).<\/span><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Schlie\u00dflich nutzen die meisten derzeitigen 3D-Bioprinting-Verfahren, darunter auch FRESH, einen schichtweisen Druckansatz. Zwar w\u00fcrde die FRESH-Methode an sich ein echtes Freiform-Drucken erm\u00f6glichen, doch sind Softwareprogramme, die nicht-planare Druckkonfigurationen zulassen, sehr gefragt. <\/span>In unserem k\u00fcrzlich ver\u00f6ffentlichten <\/span>Artikel des Monats<\/span><\/a>haben wir die hervorragende Arbeit der Gruppe um <\/span>Prof. Jonathan T. Butcher<\/span><\/a> \u00fcber die Entwicklung eines neuartigen Com<\/span>Eine neuartige Methode, die das Slicing digitaler 3D-Modelle f\u00fcr den nicht-planaren Druck erm\u00f6glicht. Die Entwicklung einer solchen Software erm\u00f6glicht ein flexibleres und freiformigeres Drucken und birgt das Potenzial, das Fachgebiet im Hinblick auf die Herstellung organ\u00e4hnlicher, gekr\u00fcmmter und d\u00fcnner Strukturen \u2013 darunter Herzklappen oder Luftr\u00f6hren \u2013 erheblich voranzubringen. <\/span><\/p>

Obwohl bereits bedeutende Fortschritte erzielt wurden, ist die Fachgemeinschaft der Ansicht, dass wir erst am Anfang dessen stehen, was die FRESH-Technik in Kombination mit hochentwickelten Softwaretools Forschern in den Bereichen Tissue Engineering und 3D-Biofabrikation bieten kann.<\/span><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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\n\t\t\t\t\t\tElastoSens\u2122 Bio\t\t\t\t\t<\/h2>\n\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\tErfahren Sie, wie unsere Technologie die viskoelastischen Eigenschaften weicher Biomaterialien und Gewebe mithilfe von Mikrovolumina der Proben zerst\u00f6rungsfrei misst.\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\tErfahren Sie mehr\t\t\t\t\t<\/a>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t
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\n\t\t\t\t\t\tElastoSens\u2122 Bio\t\t\t\t\t<\/h2>\n\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\tErfahren Sie, wie unsere Technologie die viskoelastischen Eigenschaften weicher Biomaterialien und Gewebe mithilfe von Mikrovolumina der Proben zerst\u00f6rungsfrei misst.\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\tErfahren Sie mehr\t\t\t\t\t<\/a>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t
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\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tKontaktieren Sie uns, um mehr zu erfahren<\/span>\n\t\t\t\t\t<\/span>\n\t\t\t\t\t<\/a>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t
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\u00c4hnliche Beitr\u00e4ge<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tVerfahren zum 3D-Druck von Ger\u00fcsten auf Alginatbasis<\/span>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/a>\n\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t
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\n\t\t\t\n\t\t\t\tVerfahren zum 3D-Druck von Ger\u00fcsten auf Alginatbasis\t\t\t<\/a>\n\t\t<\/h4>\n\t\t\t\t
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Im Januar 2022 untersuchten wir Alginat-Hydrogele im Bereich des Tissue Engineering und der Wirkstoffabgabe. Alginat, das h\u00e4ufig als Bio-Tinte im 3D-Bioprinting verwendet wird, bildet Hydrogele mit einstellbaren Eigenschaften. Wir untersuchten die Auswirkungen unterschiedlicher CaCl\u2082-Konzentrationen auf die Vernetzung von Alginat, die f\u00fcr den 3D-Druck von entscheidender Bedeutung ist. Aufgrund der geringen Viskosit\u00e4t von Alginat umfassen die Druckverfahren die Vorvernetzung mit CaCl\u2082, die Verwendung einer koaxialen Nadel zur sofortigen Vernetzung oder die Mischung von Alginat mit anderen Biomaterialien zur Verbesserung der Druckbarkeit.<\/p>

Weiterlesen \u00bb<\/a><\/div>\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\n\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\n\t\t\n\t\t\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Haben Sie schon einmal von Heilungstanks aus Science-Fiction-Filmen getr\u00e4umt? Das ihnen zugrunde liegende Prinzip des neutralen Auftriebs hat eine einzigartige L\u00f6sung f\u00fcr den 3D-Druck mit weichen, fl\u00fcssigkeits\u00e4hnlichen Tinten hervorgebracht. Die Bioprinting-Technik \u201eFreeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels\u201c (FRESH) wurde entwickelt, um den Druck dieser anspruchsvollen Materialien zu erm\u00f6glichen, die sich ideal f\u00fcr Anwendungen im Bereich des Tissue Engineering eignen. Das Geheimnis liegt in einem ausgekl\u00fcgelten St\u00fctzbad, das die weichen Strukturen h\u00e4lt und gleichzeitig die Bewegung der Extrudernadel erm\u00f6glicht. Mit seiner Vielseitigkeit, der hohen Zellviabilit\u00e4t und dem Potenzial f\u00fcr den Druck gro\u00dfer Konstrukte er\u00f6ffnet FRESH eine Welt voller M\u00f6glichkeiten und bringt uns einen Schritt n\u00e4her an den 3D-Bioprinting von patientenspezifischem Gewebe auf der Grundlage anatomischer Daten. 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