Biofabrikation – neue Ansätze für den artifiziellen Gewebeersatz

Abstract

Zusammenfassung Hintergrund Das Aufkommen von Tissue Engineering (TE) in den frühen 1990er Jahren wurde durch den zunehmenden Bedarf an funktionellem Gewebe und Organersatz gefördert. Das klassische TE basiert dabei auf der Kombination von Trägermatrizen, Zellen und Wachstumsfaktoren, um verlorenes oder beschädigtes Gewebe und Organe wieder herzustellen. Trotz beachtlicher Ergebnisse in vitro und in experimentellen Ansätzen hat der Mangel an früher Vaskularisierung eine Umsetzung in die tägliche klinische Praxis bisher behindert Ein neues Forschungsfeld mit dem Namen „Biofabrikation“,. das die neuesten 3D-Drucktechnologien nutzt, zielt darauf ab, verschiedene Zellen, Biomaterialien und Moleküle hierarchisch und räumlich in eine Matrix zu integrieren, um eine gerichtete Reifung von künstlichem Gewebe zu gewährleisten. Material und Methoden Eine Literaturrecherche der relevanten Publikationen zum Thema Biofabrikation und Bioprinting wurde mit der PubMed-Datenbank durchgeführt. Relevante Papiere wurden ausgewählt und mit einer sekundären Analyse von spezifischen Zitaten über die Bioprinting-Techniken bewertet. Ergebnisse Es wurden 180 relevante Publikationen mit den oben genannten Schlüsselwörtern identifiziert und ausgewertet. Grundprinzipien in dem Entwicklungsfeld der Biodrucktechnologie konnten herausgefiltert werden. Die Schlüsselelemente umfassen die Hochdurchsatzanordnung von Zellen und die Herstellung von komplexen und funktionellen, hierarchisch organisierten Gewebekonstrukten. Es wurden fünf relevante technologische Prinzipien für das Bioprinting identifiziert, wie Stereolithographie, Extrusionsbasiertes Drucken, laserunterstütztes Drucken, Inkjet-basiertes Drucken und Nano-Bioprinting. Die verschiedenen technischen Methoden des 3D-Drucks wurden mit verschiedenen positiven, aber auch negativen Auswirkungen auf Zellen und Proteine während des Druckprozesses assoziiert. Die Forschungsanstrengungen in diesem Bereich zielen offensichtlich auf die Entwicklung von optimierten so genannten Biotinten und verbesserten Drucktechnologien ab. Schlußfolgerung Diese Übersicht beschreibt die Entwicklung der klassischen Methoden des TE in der Regenerativen Medizin in das sich rapide entwickelnde Gebiet der Biofabrikation durch Bioprinting. Die Vorteile des 3D-Bioprintings gegenüber herkömmlichen Tissue Engineering-Techniken basieren auf der Anordnung von Zellen, Biomaterialien und Biomolekülen in einer räumlich kontrollierten Weise zur Reproduktion von nativen Gewebemakro-, Mikro- und Nanoarchitekturen, die nicht nur dazu genutzt werden können, funktionelle Ersatzgewebe oder Organe zu produzieren, sondern auch als neue Modelle für die Grundlagenforschung dienen. Die Nachahmung der stromalen Mikroumgebung von Tumorzellen zur Untersuchung der Tumorbildung und -progression, der Metastasierung, Angiogenese und Modulation der damit verbundenen assoziierten Prozesse ist eine dieser Anwendungen in der aktuellen Forschung. Zu diesem Zweck wird eine enge Zusammenarbeit von Fachleuten aus den Bereichen Ingenieurswesen, Biomaterialwissenschaft, Zellbiologie und rekonstruktive Mikrochirurgie notwendig sein, um zukünftige Strategien zu entwickeln, die die derzeitigen Einschränkungen des artifiziellen Gewebe-Ersatzes überwinden können.