Tintenstrahler druckt Blutgefäß-Vorläufer

Die künstliche Züchtung lebender Gewebe – meist als „Tissue Engineering“ bezeichnet – gilt als ein Hoffnungsträger der Medizin, etwa für den Ersatz beschädigter Zellen oder für die Medikamentenforschung. Einen Schritt in Richtung einer künftigen Realisierung ist Forschern vom Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) http://epfl.ch gelungen.

Wie sie in der Zeitschrift „Advanced Materials“ berichten, konnten sie biologischen Materialien mittels einer speziellen Tintenstrahl-Drucktechnik eine 3D-Struktur verleihen, die jener von kapillaren Blutgefäßen entspricht.

„Werden nach einem Unfall oder einer Erkrankung Organe oder andere Teile des menschlichen Körpers ersetzt, braucht man hohle Strukturen, durch die man Flüssigkeiten wie etwa Blut, Nährstoffe und Proteine pumpen und Abfallstoffe wieder abtransportieren kann. Diese Strukturen können durch spezielle Tintenstrahltechnik künstlich erzeugt werden“, erklärt Jürgen Brugger, Leiter des EPFL-Labors für Microsysteme, im pressetext-Interview.

Tinte steuert Zellverhalten

Damit sie ein Gewebe bilden, brauchen Zellen Signale, die ihr erforderliches Verhalten wie etwa Proliferation, Migration, Differenzierung oder programmierten Zelltod anregen. Bei natürlichen Zellen stammen diese Signale von Molekülen der Extrazellularmatrix (ECM). Nach einer grundlegenden Untersuchung dieser Matrix und deren Kommunikation mit den Zellen konnten die Forscher diese nachbauen – in Form eines Gels, das als „biologische Tinte“ dient.

Dieses Gel kann durch Tintenstrahl-Drucktechnik zur Herstellung feingliedriger Kanäle aus Biomaterial verwendet werden. Ein Drucker sendet Tropfen davon auf ein mit Kalzium durchtränktes Substrat. Dieses geliert beim Auftreffen rasch und bildet eine dreidimensionale Form. Wie das Ergebnis aussieht, hängt von der jeweiligen Programmierung ab. Die Lausanner Forscher nahmen als Vorgabe ein kapillares Blutgefäß.

Tropfen bilden 3D-Struktur

Für einige der bisherigen Probleme fand sich nun eine Lösung. Brugger vergleicht das Verfahren mit einer Kerze, deren Wachs auf einen Tisch tropft. „Treffen Tropfen zeitlich und räumlich unmittelbar hintereinander auf, verschmelzen sie miteinander und die 3D-Struktur geht verloren. Damit diese bestehen bleibt, muss zwischen den Tropfen zunächst eine Lücke bleiben, die erst Sekunden später nach der Gelierung aufgefüllt wird.“

Dass die Technik funktioniert, beweist die Produktion einer Röhre aus weichem Biomaterial, durch die bereits Flüssigkeiten geschleust wurden. Sobald das Tissue Engineering auch in anderen Bereichen weiter fortgeschritten ist, könnten derartige Röhrchen ein Gerüst bilden, um das lebende Zellen ansiedelt werden, erklärt der Experte. „Alles weitere bleibt dann dem natürlichen Wachstum überlassen, bis man das künstlich geschaffene Material abbauen kann.“