Revolutionierung des Biodrucks mit eingebetteter Extrusion

Gesundheit -EmVP meistert die Herausforderung, die komplizierten Strukturen und Muster von Zellen sowohl auf Mikro- als auch auf Makroebene zu reproduzieren.

Wissenschaftler haben eine bahnbrechende Technik namens Embedded Extrusion-Volumetric Printing (EmVP) eingeführt. Diese Technik überwindet Herausforderungen beim Bioprinting und erstellt physiologisch relevante Modelle. Als Proof-of-Concept wurde EmVP eingesetzt, um von der synthetischen Biologie inspirierte interzelluläre Kommunikationsmodelle zu erstellen. Das Forschungsteam veröffentlichte seine Ergebnisse in Advanced Materials.

Die EmVP-Technik kombiniert Extrusions-Bioprinting und schichtloses, ultraschnelles volumetrisches Bioprinting und ermöglicht so die räumliche Anordnung mehrerer Tinten oder Zelltypen. Diese innovative Methode beseitigt die Einschränkungen bei der genauen Reproduktion der komplizierten Strukturen und Muster von Zellen sowohl im Mikro- als auch im Makromaßstab, die die Erstellung von Modellen behindert haben, die den physiologischen Bedingungen sehr ähnlich sind.

EmVP wurde von einem internationalen Forscherteam hauptsächlich von der Universität Utrecht entwickelt und hat das Potenzial, das Bioprinting und seine Anwendungen in der medizinischen Forschung und anderen Branchen zu revolutionieren. Die Technik wurde erfolgreich zur Erstellung komplexer, von der synthetischen Biologie inspirierter interzellulärer Kommunikationsmodelle eingesetzt und bietet neue Möglichkeiten für die Herstellung regenerativer Transplantate, die Entwicklung technischer lebender Systeme und die Weiterentwicklung von (Stoffwechsel-)Krankheitsmodellen.

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Eine spezifische Anwendung der EmVP-Technik ist die Entwicklung eines In-vitro-Modells eines neuronalen Netzwerks, wie in der Dissertation von Dieuwke De Vos, einem der an EmVP beteiligten Forscher, gezeigt. De Vos und ihr Team nutzten Bioprinting auf der Basis suspendierter Extrusion, um ein 3D-In-vitro-Modell eines neuronalen Netzwerks zur Untersuchung der Parkinson-Krankheit zu erstellen, einer Erkrankung, die weltweit immer mehr Menschen betrifft und zu Fehlfunktionen der Zellen des Zentralnervensystems führt, die zu Zittern führen. Steifheit, Gleichgewichtsprobleme und Steifheit.

Zu den traditionellen Modellen zur Untersuchung der Parkinson-Krankheit gehören vereinfachte 2D-Modelle und Tiermodelle, die beide Einschränkungen bei der Nachbildung menschlicher Krankheiten aufweisen. Die EmVP-Technik ermöglicht den Druck von 3D-menschlichem Gehirngewebe zur Untersuchung der Parkinson-Krankheit, was eine genauere Darstellung des betroffenen Gewebes ermöglicht und neue Möglichkeiten für Arzneimitteltests und personalisierte medizinische Anwendungen bietet.

Um die EmVP-Technik zu entwickeln, hat das Forschungsteam auf Licht reagierende Mikrogele entwickelt, die als Bioharze (µResins) für lichtbasiertes volumetrisches Bioprinting verwendet werden sollen. Diese µResine bieten eine mikroporöse Umgebung für die Zellorientierung und Selbstorganisation und verbessern die Differenzierung mehrerer Stamm-/Vorläuferzellen, einschließlich Gefäß-, Mesenchym- und Nervenzellen.

Durch die Abstimmung der mechanischen und optischen Eigenschaften gelatinebasierter Mikropartikel konnten die Forscher diese als Trägerbad für den suspendierten Extrusionsdruck verwenden. Bei diesem Verfahren werden Biotinten, die lebende Zellen enthalten, in ein Trägerbad gedruckt, das den Zusammenbruch der gedruckten Struktur verhindert und die Zellpositionen beibehält. Die EmVP-Technik ermöglicht die schnelle Erstellung hochauflösender Merkmale mit mehreren Tinten und Zelltypen und bietet Vorteile gegenüber herkömmlichen Bioprinting-Methoden.

Die Einführung der Embedded Extrusion-Volumetric Printing (EmVP)-Technik stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Bioprinting-Technologie dar und ermöglicht die Erstellung komplexer 3D-Strukturen mit mehreren Tinten und Zelltypen. Seine potenziellen Anwendungen bei der Herstellung regenerativer Transplantate mit biologischer Funktionalität und der Entwicklung technischer lebender Systeme und (Stoffwechsel-)Krankheitsmodelle eröffnen neue Möglichkeiten für die medizinische Forschung und die Bioprinting-Industrie insgesamt.

Da EmVP weiter verfeinert und auf verschiedene Forschungsbereiche angewendet wird, wird erwartet, dass sein Einfluss auf die Erforschung von Krankheiten wie Parkinson und die Entwicklung personalisierter Medizin zunehmen wird. Die Fähigkeit der Technik, physiologisch relevante Modelle zu erstellen, kann zu bedeutenden Durchbrüchen beim Verständnis und der Behandlung verschiedener medizinischer Erkrankungen führen und letztendlich die Behandlungsergebnisse und die Lebensqualität der Patienten verbessern.