3D-Bioprinting: futuristische Technologie

Vor Kürze hat das Forscherteam unter der Leitung vom Prof. HE Yong von der School of Mechanical Engineering der ZJU eine neuartige 3D-Bioprinting-Methode entwickelt, die spiralförmige Sphäroide mit exzellenter Auflösung und ausgereiften Mikroarchitekturen erzeugt und damit neuartige biomimetische asymmetrische Prototypen für medizinische Grundlagenforschung und regenerative Medizin liefert.

Ihre Ergebnisse sind in einem Artikel mit dem Titel „Airflow-Assisted 3D Bioprinting of Human Heterogeneous Microspheroidal Organoids with Microfluidic Nozzle“ in der Ausgabe vom August 2018 des Magazins Small of Wiley-VCH veröffentlicht. 

Die Hydrogel-Mikrosphäroide werden in großem Umfang im Tissue Engineering, wie der Injektionstherapie und der 3D-Zellkultur, eingesetzt, wobei heterogene Mikrospheroide viel Aufmerksamkeit als vielversprechendes Werkzeug für den Transport mehrerer Zelltypen in getrennten Phasen auf sich ziehen. Es ist jedoch immer noch eine große Herausforderung, heterogene Mikrospheroide herzustellen, die die Mikroarchitektur von aufgebauten Geweben mit ausgezeichneter Auflösung und räumlicher Organisation in begrenzten Größen rekonstruieren können.

HE Yong u.a. entwickeln ein neuartiges Luftstrom-unterstütztes 3D-Bioprinting-Verfahren, mit dem Menschen vielseitige Spiralmikroarchitekturen innerhalb der Mikrosphäroide drucken können, wodurch ein einstufiges Bioprinting von faszinierenden Hydrogelstrukturen wie der Kugelhelix, der Rose oder dem Sattel möglich wird. Eine mikrofluidische Düse wird entwickelt, um die Fähigkeit einer komplizierten Zellkapselung mit heterotypischem Kontakt zu verbessern. Komplexe Strukturen, wie die Rose, das Tai-Chi-Muster und die einzelne Zelllinie, können leicht in Sphäroiden gedruckt werden. Sie legen auch das theoretische Modell beim Drucken fest und untersuchen systematisch Prozessparameter. Auf diese Weise rekonstruieren sie ein menschliches multizelluläres Organoid von spiralförmig vaskularisierter Ossifikation, welches zeigt, dass es sich um ein leistungsfähiges Werkzeug geht, um Mini-Gewebe auf Mikrospheroiden zu bilden.

„Wir können somit minimal lebende biologische Gewebe herstellen und sie für das Drogenscreening verwenden“, sagte HE Yong. „Diese Gewebe kann auch in der Zelltherapie eingesetzt werden.“ Gegenwärtig liegt eine der herkulischen Schwierigkeiten in der Zelltherapie in der Tat daran, dass direkt injizierte Zellen dazu neigen, von ihren eigenen Immunzellen aufgenommen zu werden, so dass es nur für bestimmte Leiden funktioniert. „Vielleicht können wir Mikrospheroide mit besonderen Eigenheiten drucken, die sich im Blutgefäß zusammen bewegen können, so dass sie nicht verschlungen werden und ihre Funktion in Gang setzen, sobald sie am Ziel angekommen sind“, prophezeite HE Yong.