Inovativní biotisky pro 3D-bioprinting

Biotisky jsou tištěny vrstvu po vrstvě do trojrozměrného objektu. © Fraunhofer IMWS / Bioink se tisknou vrstvu po vrstvě, aby vytvořily trojrozměrný objekt. © Fraunhofer IMWS

S pomocí 3D biotiskárny lze v laboratoři vyrábět biologicky funkční 3D tkáně. © Fraunhofer IMWS / Using a 3D bioprinter, biologically functional 3D tissues can be produced in the laboratory. © Fraunhofer IMWS

Bioprinter byl zakoupen v rámci projektu „Zřízení laboratoře pro zajištění kvality v aditivní výrobě – „Qualilab-3D“ v rámci strukturálního rozvoje 3D Openlab-Sasko-Anhalts“ s finanční podporou Evropského fondu pro regionální rozvoj (EFRR).

S technologií biotisku je cílem vyrábět biologické nebo biologicky funkční tkáně v laboratoři. Pomocí 3D biotiskaře je biotisknutá biotinta vrstvu po vrstvě vytvářena do složitého trojrozměrného objektu. Takové biobázované 3D struktury by v budoucnu mohly například sloužit jako in vitro testovací systémy ve farmaceutickém výzkumu a také v personalizované medicíně při výrobě na míru šitých částí cév a orgánů. Aby se tato vize stala skutečností, vyvíjejí vědci z Fraunhoferova institutu pro mikrostruktury materiálů a systémů IMWS nové biotinty, které jsou vhodné pro různé aplikace.

Biotinty musí splňovat řadu požadavků: musí být tisknutelné, mechanicky stabilní a biologicky kompatibilní, nesmí obsahovat toxické složky a musí se v jejich vlastnostech spojit do hydrogelu, čímž vytvoří kostru pro osídlení buňkami, která je podobná přirozené matrici v pojivové tkáni. V závislosti na oblasti použití se používají různé biotinty. Ty se liší jednak použitým polymerem a také tím, zda jsou buňky přímo tisknuty nebo jsou do nebo na tištěnou 3D strukturu umístěny později. Aktuálně dostupné biotinty na trhu jsou většinou založeny na kolagenu, želatině a alginátu, další biopolymerní materiály jsou ve vývoji.

Zde zasahují vědci z Fraunhofer IMWS, kteří aktuálně zkoumají nové biotinty na bázi proteinů s důrazem na elastin. Kromě samotného vývoje biotint hodnotí mechanické, fyzikálně-chemické a biologické vlastnosti tištěných objektů a zkoumá se kompatibilita s buňkami.

Tobias Hedtke, vědecký pracovník z Fraunhofer IMWS, vysvětluje cíl týmu takto: „V budoucnu chceme schopni reprodukovat funkční části cév a orgánů pomocí optimalizovaných biotint. K tomu by například mohly být využity počítačové tomografické údaje pacientů k tisku přesných 3D struktur cév a jejich implantaci do pacienta. Naše první výzkumný projekt zaměřený na nové biotinty byl velmi úspěšný a podali jsme patent na použití elastinových biotint. Další výzkumné projekty jsou v plánu.“

Další oblastí použití, kde by 3D biotisk mohl otevřít nové možnosti, je personalizovaná medicína. V budoucnu by mohlo být možné přesně vyrábět na míru šité části cév a orgánů nebo endoprotézy pro kardiovaskulární použití. Také by mohly být možné miniaturizované modelové systémy orgánů, takzvané modely „Organ-on-a-chip“, které simulují interakci různých orgánů. Takové modely by například mohly výrazně usnadnit a urychlit vývoj léků a vzhledem k vysoké reprodukovatelnosti a standardizaci pokusů představují velmi udržitelnou alternativu k pokusům na zvířatech.

V současnosti vědci hledají partnery z průmyslu a klinické oblasti, aby mohli posunout praktický vývoj biotint v souladu s požadavky a použitelnými oblastmi.