Fraunhofer IGB

Wo kommen Ihre Knochen her?

| Redakteur: Julia Engelke

In Stuttgart arbeiten Forscher an 3D-druckbarer Knochentinte, die im Körper selbst Knochengewebe bildet und damit zerstörtes Originalgewebe ersetzen soll.
In Stuttgart arbeiten Forscher an 3D-druckbarer Knochentinte, die im Körper selbst Knochengewebe bildet und damit zerstörtes Originalgewebe ersetzen soll. (Bild: ©tatui1761 - stock.adobe.com)

Vielleicht kommen Ihre auch aus Stuttgart. Denn dort ersetzt man zerstörtes Gewebe durch biologisch funktionelles Gewebe aus dem 3D-Drucker, seit Neuestem eben auch Knochen. Zumindest in der Forschung.

  • Schicht für Schicht-Druck von Flüssigkeiten aus Biopolymeren
  • Knochentinte kann eine Regeneration des Originalgewebes ermöglichen
  • Spezielle Mischung aus pulverförmigen Knochenmineral Hydroxylapatit und Biomolekülen

Schicht für Schicht druckt man am Fraunhofer IGB in Stuttgart Flüssigkeiten aus Biopolymeren wie Gelatine oder Hyaluronsäure, wässrigem Nährmedium und lebenden Zellen. Diese Biotinten bleiben während des Drucks fließfähig, danach werden sie mit UV-Licht bestrahlt, wodurch sie zu Hydrogelen, sprich wasserhaltigen Polymernetzwerken, vernetzen. Da sich die Moleküle chemisch verändern lassen, können die Forscher Gele unterschiedlicher Festigkeiten und unterschiedlichen Quellverhaltens herstellen – und damit Knorpel oder Fettgewebe. In Kooperation mit der Universität Stuttgart ist es unlängst gelungen, zwei unterschiedliche Hydrogel-Umgebungen zu schaffen: zum einen festere Gele mit mineralischen Anteilen, um Knochenzellen bestmöglich zu versorgen, und zum anderen weichere Gele ohne mineralische Anteile, um Blutgefäßzellen die Möglichkeit zu geben, sich in kapillarähnlichen Strukturen anzuordnen.

Knochen- und Vaskularisierungstinte

Nun konnte das Team Knochentinte herstellen. Die darin verarbeiteten Zellen sollen in die Lage versetzt werden, das Originalgewebe zu regenerieren, also selber Knochengewebe zu bilden. Das Geheimnis der Tinte ist eine spezielle Mischung aus dem pulverförmigen Knochenmineral Hydroxylapatit und aus Biomolekülen. „Die beste künstliche Umgebung für die Zellen ist die, die den natürlichen Bedingungen im Körper möglichst nahe kommt”, erklärt Dr. Kirsten Borchers, Verantwortliche für die Bioprinting-Projekte. „Die Aufgabe der Gewebematrix übernehmen in unseren gedruckten Geweben daher Biomaterialien, die wir aus Bestandteilen der natürlichen Gewebematrix herstellen.”

Die Vaskularisierungstinte bildet weiche Gele, in der sich Kapillarstrukturen etablieren konnten. Hierbei werden Zellen in der Tinte eingebracht, die Blutgefäße bilden. Die Zellen bewegen sich, wandern aufeinander zu und formen Anlagen von Kapillarnetzwerken aus kleinen röhrenförmigen Gebilden. Würde dieser Knochenersatz implantiert, so würde der Anschluss des biologischen Implantats an das Blutgefäßsystem des Empfängers wesentlich schneller funktionieren als bei Implantaten ohne kapillarähnliche Vorstrukturen.

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