3D-Bioprinting von makroskopischen und offenporigen Konstrukten

Das 3D-Bioprinting ist ein schnell wachsendes Forschungsgebiet, das die Integration von lebenden Zellen in den Druckprozess beschreibt. Eine Herausforderung ist immer noch die Herstellung von strukturell wohldefinierten und makroskopischen Konstrukten, da Hydrogele, welche für die Zelleinbettung geeignet sind recht weich sein müssen. Wir haben eine Biopolymer-Mischung (blend) entwickelt, die aus Alginat und einem zweiten, nichtgelbildenden Material (Methylcellulose) besteht, die das Bioprinting mehrerer Zelltypen inklusive menschlicher mesenchymaler Stammzellen (hMSC) zu offenporigen Konstrukten mit klinisch relevanten Dimensionen erlaubt. Das ist möglich, da die Zugabe von Methylcellulose die Viskosität signifikant erhöht, was die Herstellung wohldefinierter, makroskopischer Objekte erlaubt. Nach Quervernetzung des Alginats mit Calciumionen wird die Methylcellulose aber langsam aufgelöst, womit ein Gel zurückbleibt, welches weich genug ist um Zellen für mehr als 3 Wochen zu kultivieren. Wir konnten zeigen, dass eingebettete hMSC nach dem Bioprinting-Prozess noch in Richtung der adipogenen Linie differenziert werden können und dass auch Nicht-Säugetier-Zellen wie einzellige Grünalgen mit dieser Biopolymermischung verdruckt werden könne, was neue Anwendungen in der Biotechnologie eröffnen könnte.Mechanisch belastbarere Konstrukte können erhalten werden, wenn das Bioprinting mit der Extrusion eines pastösen Calciumphosphatzements im Sinne eines Mehrkanaldruckens kombiniert wird: Zeitgleich mit der Hydrogel-Quervernetzung bindet der selbst-härtende Zement zu nanokristallinem Hydroxylapatit ab, was dann zu einer geeigneten Druckstabilität führt.