Bio-Material Neues Hydrogel ermöglicht 3D-Druck lebender Zellen

Redakteur: Dorothee Quitter

Die Kombination eines 2-Photonen-3D-Druckers mit einem Hydrogel-basierten Bio-Material ermöglicht erstmals 3D-Strukturen, die lebende Zellen enthalten. Und das sowohl im meso- als auch nanoskaligen Bereich.

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Das Gelatine-basierte Hydrogel X Hydrobio INX U200 wurde speziell für die Einkapselung von verschiedenen Zelltypen entwickelt und erlaubt daher die Erzeugung von komplexen 3D-Mikrogeweben. Es ist z.B. für Anwendungen mit aus Fettgewebe kommenden Stammzellen geeignet.
Das Gelatine-basierte Hydrogel X Hydrobio INX U200 wurde speziell für die Einkapselung von verschiedenen Zelltypen entwickelt und erlaubt daher die Erzeugung von komplexen 3D-Mikrogeweben. Es ist z.B. für Anwendungen mit aus Fettgewebe kommenden Stammzellen geeignet.
(Bild: Xpect INX)

Bisher sind zweidimensionale Zellkulturen der Standard in der pharmazeutischen, präklinischen sowie der biomedizinischen Forschung im Allgemeinen. Diese Modelle bilden die zelluläre Interaktion in lebenden Systemen auf dem 3D-Level aber nur schwach ab. Dies ist eine der Ursachen dafür, dass die Entwicklung von Medikamenten, die auf 2D-Systemen basiert, zu irreführenden Ergebnissen führt. Bisher scheiterte der Nachbau komplexer und hochpräziser 3D-Strukturen mitsamt eingebetteter lebender Zellen an der mangelnden Verfügbarkeit von geeigneten Materialien und Drucksystemen. Dies hat sich nun dank der gemeinsamen Entwicklung des neuen Hydrogel-basierten Bio-Materials durch Xpect INX und Up Nano in Kombination mit dem neuen 3D-Druckermodell Nano One Bio geändert.

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Das neue Hydrogel wurde laut Up Nano gemeinsam mit Xpect INX aus Belgien entwickelt – einem Spin-Off-Projekt, das sich auf die Entwicklung von biokompatiblen Materialien für die 3D-Druck-Industrie spezialisiert hat. X Hydrobio INX U200 ist das einzige kommerziell erhältliche Druckmaterial, das die Einbettung lebender Zellen direkt von der Kulturplatte in hochpräzise 3D-gedruckte Strukturen für biologische Anwendungen erlaubt, heißt es. Der Nano One Bio ist ein 3D-Drucker, der auf der Nano-One-Linie von 2-Photonen-3D-Druckern basiert und Strukturen über zwölf Größenordnungen drucken kann.

Zellmodelle, die die natürliche Gewebetopografie nachahmen

Nach Angaben von Up Nano ist X Hydrobio INX U200 ein wasserlösliches Hydrogel, das den Transfer von Zellkulturen aus 2D-Kulturplatten in komplexe 3D-Strukturen ermöglicht. Es ahme die natürliche zelluläre Umgebung nach und ist biologisch abbaubar, wodurch es Zellen ermöglicht, das Material graduell durch neu geformtes Gewebe zu ersetzen. Das die lebenden Zellen enthaltende Hydrogel kann direkt in den 3D-Drucker eingebracht werden. Umfangreiche Untersuchungen zeigten, dass der 780 nm Rotlicht-Laser des Nano One Bio die lebenden Zellen nicht schädigt, auch nicht bei der hohen Laserstärke, die alle Nano-One-Drucker verwenden. Sie ermöglicht den Einsatz von Optiken, die die schnelle Produktion von zentimetergroßen Strukturen mit hoher Präzision bis hin in den Nanobereich erlauben.

Neue Ära für die biomedizinische Forschung

Die Kombination des neuen Hydrogels mit dem 2-Photonen-3D-Drucker eröffne neue Möglichkeiten in der biomedizinischen Forschung, sowohl für den industriellen als auch für den akademischen Bereich. Prof. James J. Yoo vom Wake Forest Institute for Regenerative Medicine (USA) hat dieses enorme Potenzial erkannt und sich entschieden, Up Nano für zukünftige Entwicklungen zu beraten. Der renommierte Experte für Gewebe-Engineering und Biofabrikation tritt mit April 2021 in den Beirat des Unternehmens ein und wird die kontinuierliche Weiterentwicklung von neuen Anwendungen für die biomedizinische F&E begleiten.

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