Das HU3DINKS-Projekt zielt darauf ab, den 3D-Bioprinting mit Menschen zu revolutionieren

Jun 01, 2023

Ein neues Projekt mit dem Namen „Human Bio-inks for 3D Printing“ (HU3DINKS) zielt darauf ab, auf menschlichem Gewebe basierende Biotinten für den 3D-Biodruck zu entwickeln. Dieses von der IraSME-Initiative finanzierte Projekt zielt darauf ab, grenzüberschreitende Kooperationen zu fördern.

Dem HU3DINKS-Konsortium gehören Partner aus Belgien und Österreich an. THT Biomaterials (Wien, Österreich) bringt Fachwissen über aus menschlicher Plazenta gewonnene Materialien ein, während BIO INX (Gent, Belgien) auf die Entwicklung von Biotinten für verschiedene Drucktechnologien spezialisiert ist. MorphoMed (Wien, Österreich) bietet Unterstützung bei der Seidentechnologie in medizinischer Qualität und UpNano (Wien, Österreich) ist bekannt für sein Fachwissen in 2PP (Bio) hochauflösenden Bio-3D-Drucktechnologien. Darüber hinaus erfolgt die biologische Validierung der neu entwickelten Biotinten durch das Ludwig Boltzmann Institut für Traumatologie in Zusammenarbeit mit der AUVA.

„Die Technologie hat einige enorme Leistungsfortschritte gemacht, wird jedoch heute hauptsächlich durch das Fehlen leistungsstarker biologischer Materialien eingeschränkt. Das HU3DINKS-Projekt kann einen Paradigmenwechsel auf diesem Gebiet herbeiführen, indem es die menschliche Zellumgebung sowohl hinsichtlich der Architektur als auch der Zusammensetzung wirklich nachahmt“, sagte Markus Lunzer, Materialspezialist bei UpNano.

Auf dem Weg zu einem menschenähnlicheren 3D-Bioprinting

Derzeit basiert der 3D-Biodruck überwiegend auf Materialien tierischen Ursprungs wie Gelatine oder Kollagen. Es besteht Bedarf an tierversuchsfreien Alternativen, um Tierversuche zu ersetzen und den menschlichen Gewebebedingungen besser zu ähneln. Synthetische Polymere seien zwar erforscht worden, hätten aber nicht die Komplexität von In-vivo-Situationen und könnten die Lücke zwischen In-vitro-Tests und Tiermodellen nicht schließen, so das Konsortium.

Ziel des HU3DINKS-Projekts ist die Entwicklung leistungsstarker Biotinten auf menschlicher Gewebebasis für den 3D-Biodruck, einschließlich Extrusion und hochauflösender laserbasierter Methoden. Obwohl kommerziell erhältliche Materialien aus menschlichem Gewebe verfügbar sind, sind ihre Bioaktivität und 3D-Druckleistung nach wie vor schlecht. Daher versucht das HU3DINKS-Konsortium, diese Materialien in Biotinten für einen effizienteren 3D-Druck umzuwandeln.

Folglich bieten 3D-gedruckte menschliche Gewebemodelle im Vergleich zu herkömmlichen 2D-Zellkulturtechniken eine genauere Darstellung nativer 3D-Gewebe. Dies ermöglicht das Testen von Medikamenten oder Kosmetika an diesen Modellen und steht im Einklang mit dem 3R-Prinzip, den Einsatz von Tieren in der wissenschaftlichen Forschung zu reduzieren, zu ersetzen und zu verfeinern.

Das Ziel wird durch hochauflösendes Bioprinting erreicht, insbesondere durch den Einsatz der 2-Photonen-Polymerisation (2PP). Diese Technologie ermöglicht eine subzelluläre Auflösung und ahmt die komplexe mikrozelluläre Architektur effektiv nach. Darüber hinaus ist 2PP eine der wenigen Methoden, die das direkte Drucken in Mikrofluidik-Chips ermöglicht und so den Arzneimittel-Screening-Prozess rationalisiert.

Bioprinting: Eine neue Möglichkeit, beschädigtes Gewebe zu reparieren und zu ersetzen

Im vergangenen Jahr hat der 3D-Bioprinting-Spezialist CollPlant in der Vergangenheit eine Biotinte namens „Collink.3D 90“ in sein Materialportfolio aufgenommen. Dieses zweite Material auf der Basis von rekombinantem menschlichem Kollagen (rhCollagen) zeichnete sich durch verbesserte mechanische Eigenschaften aus, die speziell auf die Anforderungen des 3D-Drucks von Hart- und Weichgewebe zugeschnitten sind. Darüber hinaus wurde berichtet, dass die Tinte die Zellmigration beschleunigt und in dieser Hinsicht bestehende Zellkultur-Hydrogele übertrifft. Diese Eigenschaft machte es zu einer „vielversprechenden Wahl“ für die Entwicklung regenerativer Medikamente, sagt CollPlant.

Das finnische Biodruckunternehmen Brinter hat sich mit der Kellomäki Lab Biomaterials and Tissue Engineering Group der Universität Tampere zusammengetan, um Biotinten für den 3D-Druck zu erforschen und „Fortschritte im Biodruckbereich“ voranzutreiben. Ihr erster Durchbruch war die Entwicklung einer neuartigen Methode zur Herstellung einer photovernetzbaren Biotinte aus Gellangummi, einem Vorläufer, der für seine günstigen rheologischen Eigenschaften in Hydrogelen bekannt ist. Durch den Einsatz einer zweistufigen Vernetzungstechnik gelang es dem Team, zuvor nicht druckbare Gellangummi-Tinten erfolgreich in brauchbare Biotinten umzuwandeln und so die Herstellung von 3D-gedruckten Strukturen zu ermöglichen. Darüber hinaus schlug das Team die Möglichkeit vor, diese Technik auf verschiedene andere Bioink-Formulierungen anzuwenden.

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Das abgebildete Bild zeigt das HU3DINKS-Logo. Bild über Flam3D.

Mit einem Hintergrund im Journalismus hat Ada ein großes Interesse an Grenztechnologien und deren Anwendung in der ganzen Welt. Ada berichtet über Aspekte des 3D-Drucks, die von der Luft- und Raumfahrt über die Automobilindustrie bis hin zu Medizin und Zahnmedizin reichen.