{"id":65829,"date":"2022-01-26T11:44:31","date_gmt":"2022-01-26T16:44:31","guid":{"rendered":"https:\/\/rheolution.com\/?p=65829"},"modified":"2026-09-28T17:13:11","modified_gmt":"2026-09-28T21:13:11","slug":"verfahren-zum-3d-druck-von-gerusten-auf-alginatbasis","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/rheolution.com\/de\/rheolution-artikel\/verfahren-zum-3d-druck-von-gerusten-auf-alginatbasis\/","title":{"rendered":"Verfahren zum 3D-Druck von Ger\u00fcsten auf Alginatbasis"},"content":{"rendered":"\t\t
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Rheolution-Artikel<\/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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Verfahren zum 3D-Druck von Ger\u00fcsten auf Alginatbasis<\/h1>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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von Dr. Dimitria Bonizol Camasao<\/a>, Senior Application Specialist bei 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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Im ersten Monat des Jahres 2022 haben wir uns auf Alginat-Hydrogele konzentriert, die im Bereich des Tissue Engineering und bei der Wirkstoffabgabe zum Einsatz kommen. Wie bereits in dem <\/span>Erstver\u00f6ffentlichung<\/span><\/a> zu diesem Thema, Alginat <\/span> wird \u00fcblicherweise als Bio-Tinte im 3D-Bioprinting verwendet, um je nach Anwendungszweck 3D-Strukturen (Ger\u00fcste) herzustellen, die Zellen oder bioaktive Molek\u00fcle enthalten. Eine besondere Eigenschaft von Alginatl\u00f6sungen ist ihre F\u00e4higkeit, in Gegenwart von Ionen (z. B. Ca\u00b2\u207a) schnell zu vernetzen (d. h. ihre Molek\u00fcle miteinander zu verbinden), was zu einem koh\u00e4siven Hydrogel f\u00fchrt, das in verschiedenen Formen hergestellt werden kann. Ihre endg\u00fcltigen mechanischen Eigenschaften lassen sich (zumindest bis zu einem gewissen Grad) durch Variation der bei der Herstellung verwendeten Komponenten anpassen. <\/span><\/p>

In der <\/span>zweiten Ver\u00f6ffentlichung<\/span><\/a> Im Januar 2022 wurden Alginat-Hydrogele mit CaCl\u2082-L\u00f6sungen in unterschiedlichen Konzentrationen und mit schrittweise ansteigenden Einwirkzeiten vernetzt. Das Verst\u00e4ndnis des Verhaltens einer bestimmten Formulierung w\u00e4hrend der Vernetzung \u2013 wie beispielsweise der Initiierungszeit und der Gelierungsgeschwindigkeit \u2013 sowie der potenziellen Quell- und Schrumpfvorg\u00e4nge im Zusammenhang mit diesem Gelierungsprozess ist von entscheidender Bedeutung f\u00fcr eine optimierte Versuchsplanung, insbesondere im Hinblick auf den 3D-Druck. <\/span><\/p>

F\u00fcr das 3D-Extrusionsdruckverfahren wurden zahlreiche Methoden entwickelt, um 3D-Strukturen aus Alginat zu drucken. Alginatl\u00f6sung weist eine relativ geringe Viskosit\u00e4t auf, und um sie in reiner Form drucken und anschlie\u00dfend vernetzen zu k\u00f6nnen, ist eine aufwendige Optimierung des Protokolls erforderlich. So verf\u00fcgen beispielsweise die Hersteller von Bio-Tinten \u00fcber detaillierte Protokolle, die f\u00fcr den Druck ihrer Bio-Tinten in einer bestimmten Konzentration innerhalb des von ihnen empfohlenen Bereichs hinsichtlich Druckgeschwindigkeit, Extrusionsdruck, D\u00fcsengr\u00f6\u00dfe, Temperatur und anderer Parameter entwickelt wurden. Ein Beispiel hierf\u00fcr ist das Alginat, das in einem unserer ver\u00f6ffentlichten Anwendungshinweise<\/a> verwendet wird. <\/span>. Cellink hat eine detaillierte <\/span>Protokoll<\/span><\/a> f\u00fcr den Druck ihres Bio-Tintens in ihren Extrusions-3D-Druckern. <\/span> <\/p>

F\u00fcr den Fall, dass ein Protokoll zum Drucken mit reiner Alginatl\u00f6sung nicht ohne Weiteres verf\u00fcgbar oder nur schwer zu beschaffen ist, wurden auch verschiedene Methoden entwickelt, um deren niedrige Viskosit\u00e4t zu \u00fcberwinden. Zu den beschriebenen Methoden geh\u00f6ren (Abschnitt A in Abbildung 1) die Vorvernetzung der Alginatl\u00f6sung im Spritzenzylinder mit CaCl\u2082-L\u00f6sung f\u00fcr bis zu 30 Minuten vor dem Drucken [1,2], (Abschnitt B in Abbildung 1) die Verwendung einer koaxialen Nadel, bei der sich Alginat bzw. CaCl\u2082-L\u00f6sung im Mantel und im Kern befinden, um eine schnelle Vernetzung zu erreichen, sobald die L\u00f6sungen w\u00e4hrend des Druckvorgangs aus der Nadel austreten [3], sowie \u2013 sehr h\u00e4ufig \u2013 (Abschnitt C in Abbildung 1) das Mischen mit anderen Biomaterialien wie Gelatine, Agar, PEG und anderen, um die unmittelbare Druckbarkeit zu verbessern [4]. <\/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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Dar\u00fcber hinaus kann ein relativ neues Druckverfahren, das zur Verbesserung der Druckgenauigkeit bei weichen Biomaterialien empfohlen wird und als \u201eFreeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels\u201c (FRESH) bekannt ist, ebenfalls zum Drucken von Strukturen aus reinem Alginat verwendet werden [5]. Bei dieser Technik (Abschnitt D in Abbildung 1) wird die Bio-Tinte in ein St\u00fctzbad extrudiert, das aus einem Opferhydrogel besteht, welches die Bio-Tinte an Ort und Stelle h\u00e4lt, bis sie geliert. Im Falle von Alginat sollte das St\u00fctzbad zudem Calciumchlorid enthalten, um die Vernetzung auszul\u00f6sen. Insgesamt bietet das FRESH-Druckverfahren eine un\u00fcbertroffene Kombination aus M\u00f6glichkeiten hinsichtlich Bio-Tinten, Aufl\u00f6sung, Gr\u00f6\u00dfe und 3D-geometrischer Komplexit\u00e4t, die genutzt und\/oder erreicht werden k\u00f6nnen. <\/span> <\/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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Dar\u00fcber hinaus kann ein relativ neues Druckverfahren, das zur Verbesserung der Druckgenauigkeit bei weichen Biomaterialien empfohlen wird und als \u201eFreeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels\u201c (FRESH) bekannt ist, ebenfalls zum Drucken von Strukturen aus reinem Alginat verwendet werden [5]. Bei dieser Technik (Abschnitt D in Abbildung 1) wird die Bio-Tinte in ein St\u00fctzbad extrudiert, das aus einem Opferhydrogel besteht, welches die Bio-Tinte an Ort und Stelle h\u00e4lt, bis sie geliert. Im Falle von Alginat sollte das St\u00fctzbad zudem Calciumchlorid enthalten, um die Vernetzung auszul\u00f6sen. Insgesamt bietet das FRESH-Druckverfahren eine un\u00fcbertroffene Kombination aus M\u00f6glichkeiten hinsichtlich Bio-Tinten, Aufl\u00f6sung, Gr\u00f6\u00dfe und 3D-geometrischer Komplexit\u00e4t, die genutzt und\/oder erreicht werden k\u00f6nnen. <\/span> <\/span>
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Ob in reiner Form oder in Mischung mit anderen Biomaterialien \u2013 Alginat verleiht dem Ger\u00fcst eine inh\u00e4rente Biokompatibilit\u00e4t, relativ geringe Kosten, geringe Toxizit\u00e4t sowie eine sanfte und einstellbare Gelierung durch Zugabe von zweiwertigen Kationen, die wichtige Faktoren f\u00fcr die Einkapselung von Zellen oder bioaktiven Molek\u00fclen darstellen. <\/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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Literaturverzeichnis<\/b><\/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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[1] <\/span>Freeman, F. E., & Kelly, D. J. (2017). <\/span>Anpassung der Steifigkeit und Zusammensetzung von Alginat-Bio-Tinte zur kontrollierten Freisetzung von Wachstumsfaktoren und zur r\u00e4umlichen Steuerung des Schicksals von mesenchymalen Stammzellen (MSC) in biogedruckten Geweben<\/span><\/a>. <\/span>Scientific Reports<\/span><\/i>, <\/span>7<\/span><\/i>(1), 1\u201312.<\/span><\/p>

[2] <\/span>Daly, A. C., Critchley, S. E., Rencsok, E. M. und Kelly, D. J. (2016). <\/span>Ein Vergleich verschiedener Bio-Tinten f\u00fcr das 3D-Bioprinting von Faserknorpel und Hyalinknorpel.<\/span><\/a> Biofabrication<\/span><\/i>, <\/span>8<\/span><\/i>(4), 045002.<\/span><\/p>

[3] Zhang, Y., Yu, Y., Chen, H. und Ozbolat, I. T. (2013). <\/span>Charakterisierung druckbarer zellul\u00e4rer mikrofluidischer Kan\u00e4le f\u00fcr das Tissue Engineering<\/span><\/a>. <\/span>Biofabrikation<\/span><\/i>, <\/span>5<\/span><\/i>(2), 025004.<\/span><\/p>

[4] Mallakpour, S., Azadi, E. und Hussain, C. M. (2021). <\/span>Aktueller Stand der 3D-Drucktechnologie f\u00fcr Hydrogele auf Alginatbasis \u2013 Eine aufstrebende Technik f\u00fcr industrielle Anwendungen<\/span><\/a>. <\/span>Advances in Colloid and Interface Science<\/span><\/i>, 102436.<\/span><\/p>

[5] Shiwarski, D. J., Hudson, A. R., Tashman, J. W. und Feinberg, A. W. (2021). <\/span>Die Etablierung des FRESH-3D-Drucks als Plattform f\u00fcr die fortschrittliche Gewebebiofabrikation<\/span><\/a>. <\/span>APL Bioengineering<\/span><\/i>, <\/span>5<\/span><\/i>(1), 010904.<\/span><\/p>




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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\tWas ist FRESH-Bioprinting und wie funktioniert es?<\/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\tWas ist FRESH-Bioprinting und wie funktioniert es?\t\t\t<\/a>\n\t\t<\/h4>\n\t\t\t\t
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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.<\/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
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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tWas ist 4D-Bioprinting und warum ist es wichtig?<\/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\tWas ist 4D-Bioprinting und warum ist es wichtig?\t\t\t<\/a>\n\t\t<\/h4>\n\t\t\t\t
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Beim 4D-Bioprinting wird \u201eZeit\u201c als vierte Dimension eingef\u00fchrt, wodurch sich gedruckte Objekte im Laufe der Zeit ver\u00e4ndern k\u00f6nnen. Physikalische Reize wie Licht, Temperatur oder Magnetismus k\u00f6nnen solche Ver\u00e4nderungen ausl\u00f6sen. Der Bioprinting-Prozess kann zudem durch Temperatur- oder pH-Wert-\u00c4nderungen eine gezielte Wirkstofffreisetzung erm\u00f6glichen. Nano-Hydrogele k\u00f6nnen als Wirkstofftr\u00e4ger dienen, die durch Magnetfelder gesteuert werden und sich durch Enzyme schnell abbauen lassen. Dar\u00fcber hinaus k\u00f6nnen Hydrogele auf biologische Signale reagieren und so die Tumorbehandlung unterst\u00fctzen, indem sie Wirkstoffe freisetzen und sich anschlie\u00dfend im Laufe der Zeit biologisch abbauen.<\/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":"

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. 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