Komplexe Mikrogewebe: Forscher drucken 3-D-Zellkulturen für die Medizin

Zweidimensionale Zellkulturen sind in der Forschung lange schon bekannt. Sie dienen als wichtiges Medium in medizinischen und biologischen Versuchen, allerdings haben sie einen immensen Makel: Eingebunden im lebenden Wesen agieren Zellen immer dreidimensional, sie bilden untereinander komplexe Kommunikationsstrukturen. Aus diesem Grund werden Versuchsergebnisse oft ungenau. Jetzt gelang es der Wiener UpNano GmbH, ein 3-D-Mikrogewebe auszudrucken: mit lebendigen Zellen und hochkomplex.

Ein ganz besonderer Drucker – und ein spezielles Hydrogel

Der NanoOne Bio ist ein 3-D-Drucker, der hydrogelbasiertes Biomaterial und lebende Zellen zu vorgegebenen Strukturen zusammenfügt. Es handelt sich um einen Laser-powered 2 Photonen 3-D-Drucker im meso- und nanoskaligen Bereich arbeitet. Das Gerät spuckt Strukturen in 12 verschiedenen Größenordnungen aus. Auch das Hydrogel ist ein ganz besonderer Stoff, denn es bietet derzeitig als einziges Druckermaterial die Möglichkeit, Zellen von einer Kulturplatte in lebendige dreidimensionale Dimensionen zu befördern. Es ahmt die natürliche Zellumgebung nach, baut sich mit der Zeit ab und wird zugleich durch das wachsende Gewebe ersetzt.

Das Druckerzeugnis ähnelt dem natürlichen Gewebe

Der NanoOne-Bio-Drucker emittiert 780-Nanometer-Laserstrahlen, die das Zellmaterial nicht schädigen. Sogar die ungewöhnliche Laserstärke kann dem werdenden Mikrogewebe nichts anhaben. Gleichzeitig aber ermöglicht es die Stärke des Lasers, ungewöhnlich präzise Nanostrukturen zu erzeugen, die über eine biomimetische Oberfläche verfügen. Das heißt, das Druckerzeugnis ähnelt dem natürlichen Gewebe sprichwörtlich bis aufs Haar. Dadurch wiederum kommt eine fast natürliche Interaktion zwischen den ausgedruckten Zellen zustande: ein enormer Unterschied zu den weit verbreiteten, flachen Kulturplatten. Von nun an wird es der medizinischen Forschung möglich sein, realistische Zellmodelle zu erstellen und diese auf verschiedene Weisen zu testen.

Das High-Tech-Unternehmen UpNano ist ein Spin-Out der Technischen Universität Wien. Die Firma hat sich auf hochauflösende 3-Drucksysteme spezialisiert, die mit 2 Photonen-Polymerisation arbeiten. Das NanoOne-Drucksystem stellt das erste kommerzielle Produkt des Start-ups dar. Das Hydrogel stammt von Xpect INX, einem Spin-off der Universität Gent. Das Unternehmen beschäftigt sich mit Biomaterialien für das 3-D-Bioprinting.