Der 3D-Biodruck ist eine hochmoderne Fertigungsplattform, mit der Gewebe aus Zellen und letztendlich auch lebenswichtige Organe gedruckt werden können. Dies könnte völlig neue Möglichkeiten in der Medizin eröffnen und Patienten, die einen Organersatz benötigen, direkt zugutekommen.
Anstatt auf einen geeigneten Spender zu warten oder das Risiko einer Organabstoßung einzugehen, erhalten Patienten ein speziell angefertigtes Organ, das ein defektes ersetzt. Trotz der Fortschritte im 3D-Biodruck der letzten 20 Jahre fehlen jedoch noch wesentliche Verbesserungen bei der Herstellung komplexer, biomimetischer 3D-Gewebekonstrukte.
Laut Forschern der Singapore University of Technology and Design (SUTD), der Nanyang Technological University (NTU) und der Asia University müssen insbesondere Gewebekulturtechnologien beschleunigt werden, um den Engpass bei der Reifung biogedruckter, multizellulärer 3D-Gewebekonstrukte zu funktionsfähigem Gewebe zu überwinden. Ihre Forschungsarbeit mit dem Titel „Print me an organ! Why haven’t we shown up yet?“ wurde in Advances in Polymer Science veröffentlicht.
In dieser Arbeit geben die Forscher zudem einen detaillierten Überblick über aktuelle Verbesserungen und analysieren Bioprinting-Technologien. Auch die Fortschritte in der Entwicklung von Bioinks, die Implementierung neuer Bioprinting-Verfahren und Strategien zur Gewebereifung werden untersucht. Besonderes Augenmerk liegt auf der Rolle der Polymerwissenschaft und ihrer Ergänzung des 3D-Bioprintings, um einige der größten Herausforderungen im Bereich des Organdrucks zu bewältigen. Dazu gehören die Ermöglichung biomimetischer, angiogener und dreidimensionaler, anatomiebezogener biologischer Strukturen (siehe Abbildungen unten).
Der Einsatz komplementärer Strategien, wie z. B. dynamischer Kokultur-Perfusionssysteme, gilt als unerlässlich für die Reifung und den Zusammenbau biogedruckter Gewebekonstrukte. Obwohl es mittlerweile möglich ist, Gewebe oder Organe in menschlicher Größe herzustellen, die zu vaskularisierten und teilweise funktionsfähigen Geweben heranreifen können, hinkt die Industrie beim Bioprinting humanspezifischer Gewebe oder Organe aufgrund der Komplexität der gewebespezifischen extrazellulären Matrix (ECM) und des Gewebereifungsprozesses noch hinterher. Dies betrifft insbesondere den Mangel an geeigneten Kokulturmedien zur Unterstützung mehrerer Zelltypen sowie die Notwendigkeit einer weiteren Gewebekonditionierung vor der Transplantation.
„Obwohl sich der 3D-Biodruck noch in der Anfangsphase befindet, lassen die bemerkenswerten Fortschritte der letzten Jahre die Entwicklung funktionsfähiger, im Labor gezüchteter Organe als Realität erscheinen. Um die Grenzen der Medizin zu erweitern, müssen wir jedoch die technischen Herausforderungen der Gewebeherstellung bewältigen. Spezielle Biotinten optimieren den Gewebereifungsprozess. Dies wird letztendlich einen enormen Einfluss auf das Leben von Patienten haben, von denen viele auf die Zukunft des 3D-Biodrucks angewiesen sein werden“, sagte Professor Chua Chee Kai, Hauptautor der Studie.
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