Innovatív biotinták a 3D-biodrukhoz

Biotinták rétegenként kerülnek nyomtatásra egy háromdimenziós objektummá. © Fraunhofer IMWS / A bio-nyomokat rétegenként nyomtatják, hogy háromdimenziós tárgyat alkossanak. © Fraunhofer IMWS

Egy 3D-bioprinter segítségével biológiailag funkcionális 3D szöveteket lehet előállítani a laboratóriumban. © Fraunhofer IMWS / Egy 3D bioprinter segítségével biológiailag funkcionális 3D szöveteket lehet előállítani a laboratóriumban. © Fraunhofer IMWS

A bioprintert az „Additív gyártás minőségbiztosítási laboratóriumának létrehozása – »Qualilab-3D«” projekt keretében szerezte be a „3D Openlab-Sachsen-Anhalt” strukturális fejlesztés részeként, az Európai Regionális Fejlesztési Alap (ERFA) finanszírozásával.

A biotudás technológiával az a cél, hogy biológiai vagy biológiailag funkcionális szöveteket állítsanak elő a laboratóriumban. A 3D-s biotudó segítségével a biotintát rétegenként nyomtatják egy összetett háromdimenziós tárgyvá. Az ilyen biobázisú 3D-s szerkezetek a jövőben például in vitro tesztrendszerként használhatók lesznek a gyógyszerkutatásban, valamint személyre szabott orvoslásban, egyedi edény- és szervrészek gyártására. Ahhoz, hogy ezt az elképzelést valóra váltsák, a Fraunhofer Anyag- és Rendszermikroszerkezet Kutatóintézet (IMWS) kutatói új biotintákat fejlesztenek ki, amelyek különböző alkalmazási területeken használhatók.

A biotintáknak számos követelménynek kell megfelelniük: nyomtathatónak kell lenniük, mechanikailag stabilnak és biológiailag kompatibilisnek, nem tartalmazhatnak toxikus összetevőket, és szerkezetükben hidrogélként kell összekapcsolódniuk, hogy vázat képezzenek a sejtek növekedéséhez, ami hasonló a kötőszövetekben található természetes mátrixhoz. Az alkalmazási területtől függően különböző biotinták kerülnek használatba. Ezek egyrészt a felhasznált polimer szerint különböznek, másrészt abban is, hogy a sejtek közvetlenül nyomtatódnak-e vagy később, a nyomtatott 3D-structure-ben vagy annak felületén helyezkednek el. A jelenleg piacon elérhető biotinták általában kollagén, zselatin és alginát alapúak, további biopolimerek fejlesztés alatt állnak.

Itt lépnek be a kutatók a Fraunhofer IMWS-nél, és jelenleg új típusú biotintákat kutatnak fehérjék alapjain, különösen az elasztinre összpontosítva. A tinták fejlesztése mellett értékelik a nyomtatott tárgyak mechanikai, fiziko-kémiai és biológiai tulajdonságait, valamint vizsgálják a sejtek kompatibilitását.

Tobias Hedtke, a Fraunhofer IMWS tudományos munkatársa így magyarázza a kutatócsoport célját: „Jövőbeli terveink között szerepel, hogy funkcionális edény- és szervrészeket tudjunk reprodukálni optimalizált biotinták felhasználásával. Ehhez például a páciensek számítógépes tomográfiás adatait lehetne felhasználni, hogy pontosan illeszkedő 3D-s szerkezeteket nyomtassunk és ültessünk be a betegbe. Nagyon sikeresen zártuk első kutatási projektünket az elasztin-alapú biotinták új típusának fejlesztésében, és szabadalmat nyújtottunk be az elasztin-alapú biotinták felhasználására. További kutatási projektek vannak folyamatban.”

Egy másik alkalmazási terület, ahol a 3D-s biotudás új lehetőségeket nyithat, a személyre szabott orvoslás. A jövőben egyedi edény- és szervrészek, valamint endoprotézisek gyártása lehet majd pontosan illeszkedő módon kardiovaszkuláris alkalmazásokhoz. Emellett lehetővé válhatnak miniaturizált szervmodell rendszerek, úgynevezett Organ-on-a-chip modellek, amelyek szimulálják különböző szervek interakcióját. Ezek a modellek például jelentősen megkönnyíthetik és felgyorsíthatják a gyógyszerfejlesztést, és a magas reprodukálhatóságuk és standardizálhatóságuk miatt fenntartható alternatívát kínálnak az állatkísérletekkel szemben.

Jelenleg a kutatók keresik az ipari és klinikai partnereket, hogy elősegítsék a tinták alkalmazásközeli fejlesztését, figyelembe véve az igényeket és a felhasználhatóságot.