„Zell-Fußbälle“

TU Wien: Durchbruch bei Gewebe aus dem 3D-Drucker

Künstliche Gewebe sollen künftig Verletzungen mit körpereigenen Zellen heilen lassen. Einen neuen Ansatz für deren Herstellung mit Hilfe eines 3D-Druckers haben Forscher der Technischen Universität (TU) Wien entwickelt. Sie drucken aus bioverträglichem Material winzige Fußball-ähnliche Käfige, die sich leicht und dicht mit Zellen besiedeln lassen und selbstständig zu größeren Einheiten zusammenwachsen. Ihre Methode stellten sie nun im Fachjournal „Acta Biomaterialia“ vor.

Derzeit gibt es unterschiedliche Ansätze, Gewebe künstlich herzustellen: So kann man kleine Zellagglomerate züchten und dann in der gewünschten Form aneinanderfügen, damit sie miteinander verwachsen. Die Zelldichte erreicht dabei von Anfang an die erforderlichen hohen Werte. Aber es kann passieren, dass die Zellkügelchen ihre Größe oder Form ändern und das Gewebe dadurch am Ende andere Eigenschaften hat als gewünscht.

Bei einer anderen Methode wird zunächst aus bioverträglichen Materialien ein feines, poröses Gerüst („Scaffold“) hergestellt, das dann mit Zellen besiedelt wird. Der Vorteil ist, dass man die mechanischen Eigenschaften des Gerüsts genau festlegen kann, etwa ob es weich oder hart ist. Allerdings ist es schwierig, die Struktur schnell und vollständig mit Zellen zu besiedeln. Speziell wenn das Gerüst größer ist, dauert es lange, bis die Zellen in sein Inneres hineinwandern und die Zelldichte bleibt oft gering und ungleichmäßig.

Mikroskopaufnahme eines Mikro-Scaffolds

(Bild: TU Wien)

Vorteile aus beiden Methoden kombinieren
Ein Team um Aleksandr Ovsianikov vom Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie der TU Wien hat nun eine Methode entwickelt, die Vorteile dieser beiden Varianten verbindet. Ovsianikov hat für dieses Ziel 2017 einen hochdotierten „Consolidator Grant“ des Europäischen Forschungsrats (ERC) erhalten.

Die Forscher stellen mithilfe einer extrem hochauflösenden, laserbasierten 3D-Druck-Technik winzige Gerüste her. Diese haben die Form von Fußbällen, deren Durchmesser weniger als ein Drittel Millimeter beträgt. Die einzelnen Fünf- und Sechsecke werden von Streben mit eine Stärke von rund 0,035 Millimeter gebildet. Sie werden aus einem kommerziell verfügbaren, biokompatiblen, biologisch abbaubaren polyester-basierten Material gedruckt, erklärt Oliver Kopinski-Grünwald, Co-Autor der Arbeit.

Form und mechanische Eigenschaften der Mikro-Gerüste können flexibel angepasst werden. Und sie können sehr schnell Tausende von Zellen aufnehmen, womit rasch eine hohe Zelldichte erreicht wird. Zudem werden die Zellen durch die Struktur vor äußerer mechanischer Beschädigung geschützt.

Große Gewebekonstrukte innerhalb kurzer Zeit
Die Forscher zeigten auch, dass die „Zell-Fußbälle“ miteinander verwachsen und ein gemeinsames Gewebe bilden. „Wenn viele dieser Einheiten zusammengebracht werden, kann man in kurzer Zeit große Gewebekonstrukte mit einer hohen Ausgangszelldichte herstellen. Trotzdem können wir die mechanischen Eigenschaften der Struktur gut kontrollieren“, so Kopinski-Grünwald. Dabei behält die Struktur ihre Form. Die Wissenschaftler hoffen, in Zukunft diese auf Mikro-Gerüsten basierten Gewebe-Einheiten injizierbar machen zu können, um sie in der minimalinvasiven Chirurgie etwa als Knorpel- oder Knochenersatz einzusetzen.