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Biokompatible Kunststoffe

Künstliches Knorpel-Gewebe aus dem 3D-Drucker

13. Februar 2024, 13:03 Uhr | mit Material der TU Wien (uh)

Die fußballförmigen Zell-Käfige dienen als Gerüst für das Ansiedeln von Zellen, die sich zu künstlichem Knorpelgewebe verbinden.

Forschende der TU Wien haben eine neue Herstellungsmethode für künstliches Gewebe entwickelt. Mittels präzisem 3D-Druck im Labor hergestellte, winzige Kugel-Käfige dienen als Gerüst für die Zellen, die sich auf dem biokompatiblem Kunststoff zu lebendem Gewebe als Ersatzknorpel verbinden.

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Forscher an der TU Wien haben einen wichtigen Fortschritt bei der Herstellung von Ersatzgewebe im Labor erzielt. Mit einer innovativen Technik, die sich deutlich von anderen weltweit verwendeten Methoden unterscheidet, konnten sie Gewebe nach einem vorgegebenen Plan wachsen lassen.

Knorpel-Gewebe aus dem 3D-Drucker

Dabei werden winzige, poröse Kügelchen aus biologisch verträglichem und abbaubarem Kunststoff mittels eines speziellen Präzisions-3D-Druckverfahrens hergestellt und anschließend mit Zellen besiedelt. Diese Kügelchen können in beliebiger Geometrie angeordnet werden, wobei sich die Zellen der verschiedenen Einheiten nahtlos zu einem einheitlichen, lebenden Gewebe verbinden. Besonders herausfordernd war bisher die Herstellung von Knorpelgewebe, doch auch hier konnte das Konzept erfolgreich demonstriert werden.

Das Hauptproblem bei der Kultivierung von Knorpelzellen aus Stammzellen ist nicht die Zellkultivierung an sich, sondern die Kontrolle über die Form des entstehenden Gewebes. Stammzellklumpen verändern im Laufe der Zeit ihre Form und schrumpfen oft. Um dies zu verhindern, arbeitet das Forschungsteam der TU Wien mit einem neuen Ansatz. Mithilfe von Laser-basierten Präzisions-3D-Drucksystemen werden winzige, fußballähnliche Käfigstrukturen erzeugt, die als Stützstruktur dienen und zu beliebigen Formen zusammengefügt werden können.

Winzige Kugel-Käfige als Gerüst für die Zellen

In diesen Käfigen werden differenzierte Stammzellen, die bereits auf Knorpelgewebe festgelegt sind, eingebracht. Dadurch können Gewebe-Konstrukte erzeugt werden, in denen die Zellen gleichmäßig verteilt sind und eine hohe Zelldichte aufweisen. Dies wäre mit herkömmlichen Ansätzen nicht möglich. Die Zellen der benachbarten Kügelchen verwachsen miteinander und bilden eine geschlossene Gesamtstruktur ohne Hohlräume. Die winzigen 3D-gedruckten Stützelemente verleihen der Gesamtstruktur mechanische Stabilität, während das Gewebe weiter ausreift. Die Kunststoffstrukturen bauen sich im Laufe der Zeit von selbst ab und hinterlassen das fertig geformte Gewebe in der gewünschten Form.

Dieser neue Ansatz ist nicht nur auf Knorpelgewebe beschränkt, sondern könnte auch für die maßgeschneiderte Herstellung anderer größerer Gewebe wie Knochengewebe verwendet werden. Allerdings müssen noch einige Herausforderungen bewältigt werden, insbesondere die Integration von Blutgefäßen bei größeren Gewebestücken. Ein erstes Ziel wäre die Produktion kleiner, maßgeschneiderter Knorpelgewebeteile, die nach Verletzungen in vorhandenes Knorpelmaterial eingesetzt werden können. Die Methode zur Herstellung von Knorpelgewebe mittels kugelförmiger Mikro-Gerüste hat sich als erfolgreich erwiesen und bietet entscheidende Vorteile gegenüber anderen Technologien. (uh)