Entwicklung von Bioprinting kommt voran

Gedrucktes Herzmodell aus dem 3D-Drucker
Herzmodell: Gedruckte Gewebskonstrukte sollen künftig krankhafte oder zerstörte Gewebe von Patienten ersetzen (Foto: © scharfsinn86/fotolia.com)

Der 3D-Druck von in Biomaterialien eingebetteten Zellen soll es künftig ermöglichen, menschliche Gewebe künstlich herzustellen. Forscher der TU Dresden sind bei der Entwicklung von Bioprinting jetzt einen entscheidenden Schritt voran gekommen.

Das Forscherteam aus Dresden entwickelte gemeinsam mit Kollegen von der Universität Kopenhagen eine neue Methode, die eine zerstörungsfreie Messung der lokalen Sauerstoffkonzentration in solchen künstlichen Geweben erlaubt.

Sauerstoffgehalt wird ermittelt

Bisher gilt die Versorgung der Zellen im Inneren solcher Konstrukte als problematisch. Mangel an Sauerstoff führt zu einem schnellen Absterben von künstlichem Gewebe. Die Dresdner Forscher des Teams von Professor Michael Gelinsky entwickelte gemeinsam mit dänischen Kollegen nun eine neue Methode, die eine zerstörungsfreie Messung der lokalen Sauerstoffkonzentration in solchen künstlichen Geweben erlaubt. Damit kann erstmals online der Sauerstoffgehalt in der unmittelbaren Umgebung solcher Zellen über die Zeit ermittelt werden. Diese Methode erlaubt auch die Untersuchung des Sauerstoffverbrauchs durch die Zellen – je vitaler und aktiver die Zellen sind, umso mehr Sauerstoff verbrauchen sie. Zellen der Bauchspeicheldrüse, die Insulin produzieren, oder sich zu Knochenzellen differenzierende Stammzellen haben beispielsweise einen sehr hohen Sauerstoffverbrauch.

Mit der neu entwickelten Methode kann schnell und effizient getestet werden, ob neue Materialien für das Bioprinting, sogenannte Biotinten, die Vitalität und Funktion der eingebetteten Zellen in geeigneter Weise unterstützen und eine ausreichende Durchlässigkeit für Sauerstoff aufweisen, oder ob sich eingebettete Stammzellen in die gewünschte Zellsorte entwickeln.

Messung der Leuchtintensität

Das Messprinzip ist einfach: den Biotinten aus Hydrogelmaterialien werden kleine Nanopartikel zugesetzt, die die Zellen nicht stören. Bei Anregung mit blauem Licht emittieren diese rotes Licht, dessen Leuchtintensität abhängig von der umgebenden Sauerstoffkonzentration ist: je mehr Sauerstoff, desto niedriger ist die Intensität. Das ausgesendete Licht kann mit Hilfe einer Kamera eingefangen werden und somit entsteht ein Abbild der räumlichen Verteilung des Sauerstoffs im künstlichen Gewebe. Bilder können beliebig oft zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommen werden, so dass die Entwicklung über die Zeit beobachtet werden kann.