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Schneller 3D-Druck von Materialien mit lebenden Zellen für Organersatz

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Forscher der University at Buffalo in New York haben eine neue Technik entwickelt, die es ihnen ermöglicht, Hydrogel-Materialien mit lebensfähigen Zellen schnell in 3D zu drucken. Die Forscher hoffen, dass ihre Methode in Zukunft den Weg für den 3D-Druck von Organen ebnen wird.

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Zu den derzeitigen Einschränkungen gehört die langsame Geschwindigkeit des 3D-Drucks, die zu einer schlechten Lebensfähigkeit solcher gedruckten Konstrukte führt. Die neue Technik, der sogenannte schnelle Hydrogel-Stereolithographie-Druck (FLOAT), reduziert die Umweltbelastungen, denen die eingekapselten Zellen ausgesetzt sind, die bei anderen Techniken typisch sind, erheblich.

Der Mangel an Spenderorganen für Transplantationen hat zu einem enormen Forschungsaufwand geführt, um im Labor hergestellte Alternativen zu entwickeln. Der 3D-Druck ist in dieser Hinsicht sehr vielversprechend, und die Forscher hoffen, dass sie eines Tages in der Lage sein werden, einfach ein ganzes Organ zu drucken. Bei diesem Konzept wird typischerweise eine biokompatible Matrix gedruckt, z. B. ein Hydrogel, das lebende Zellen enthält.

Der Druckprozess kann jedoch für die eingekapselten Zellen sehr anstrengend sein, und die langen Druckzeiten sind auch nicht gerade hilfreich. Mit der Fähigkeit, Hydrogelkonstrukte schnell zu drucken, hilft diese neue Technik den lebenden Zellen, den Druckprozess zu überleben. "Die Technologie, die wir entwickelt haben, ist 10-50 Mal schneller als der Industriestandard und funktioniert mit großen Probengrößen, die bisher nur sehr schwer zu erreichen waren", sagt Ruogang Zhao, ein an der Studie beteiligter Forscher.

Durch die enge Kontrolle der Photopolymerisationsbedingungen kann die Technik zentimetergroße Hydrogelkonstrukte innerhalb von Minuten herstellen. Das Team testete auch die Fähigkeit, Zellen und eingebettete Blutgefäßnetzwerke zu drucken, die für die ordnungsgemäße Funktion von 3D-gedruckten Organen entscheidend sein werden. In der Tat haben die Forscher gezeigt, dass es für diese Aufgabe sehr gut geeignet ist.

"Unsere Methode ermöglicht den schnellen Druck von zentimetergroßen Hydrogelmodellen. Sie reduziert deutlich die Verformung der Teile und die zellulären Verletzungen, die durch die lange Einwirkung von Umweltbelastungen entstehen, wie sie bei herkömmlichen 3D-Druckverfahren üblich sind", sagt Chi Zhou, ein weiterer an der Studie beteiligter Forscher.

Die gedruckten Gefäßnetzwerke innerhalb der Hydrogel-Konstrukte ermöglichen es der Nährlösung, tief in die Konstrukte einzudringen - ein entscheidender Faktor, um lebensfähige gedruckte Organe zu erhalten.

Sehen Sie unten ein Video, das den Druckprozess zeigt.