Tierfreies 3D-Bioprinting
Die Biofabrikation oder das 3D-Bioprinting zielt darauf ab, Gewebestrukturen für zahlreiche Anwendungen wie tierversuchsfreie Tests, Arzneimittel-Screening und regenerative Medizin herzustellen. Ein entscheidender Aspekt der Technologie ist die Verwendung geeigneter Materialien, die den 3D-Druck mit lebenden Zellen ermöglichen und als Bio-Materialien bezeichnet werden. Diese „Bio-Materialien“ müssen auf die Bedürfnisse von Zellen abgestimmt sein und sie während und nach dem Druckprozess am Leben erhalten. Derzeit werden die meisten Bio-Materialien aus nicht-menschlichen Materialien (auf tierischer Basis, z.B. Kollagen oder Gelatine) hergestellt. Das IraSME-Forschungsprojekt „Human bioinks for 3D printing (HU3DINKS)“ zielt dagegen darauf ab, diesen Bereich durch die Entwicklung von Materialien auf der Basis von menschlichem Gewebe für verschiedene 3D-Biodrucktechnologien voranzutreiben.
Die beim 3D-Bioprinting am häufigsten verwendeten Materialien wie Gelatine oder Kollagen stammen immer noch aus tierischen Quellen. Daher besteht ein enormer Bedarf an tierfreien Alternativen, nicht nur um Tierversuche zu ersetzen, sondern auch um die Prozesse und Bedingungen in menschlichem Gewebe besser abzubilden. In dieser Hinsicht wurden auch synthetische Polymere erforscht, und obwohl mehrere dieser Materialien im menschlichen Körper sicher verwendet werden können, stellen diese synthetischen Optionen eine zu starke Vereinfachung der komplexen natürlichen Situation in vivo dar und können die Lücke zwischen den derzeitigen In-vitro-Tests und Tiermodellen nicht vollständig schließen.
Das HU3DINKS-Projekt zielt darauf ab, diese Nachteile durch die Entwicklung hochleistungsfähiger Bio-Materialien auf der Basis von menschlichem Gewebe zu überwinden. Dabei werden diese Bio-Materialien für verschiedene 3D-Biodrucktechnologien geeignet sein, darunter Extrusionsdruck und hochauflösender Laserdruck. Es gibt zwar bereits kommerzielle Materialien aus menschlichem Gewebe auf dem Markt, aber ihre Bioaktivität und Druckleistung ist nach wie vor gering. Ziel des HU3DINKS-Konsortiums ist es daher, kommerziell erhältliche Materialien aus menschlichem Gewebe in Bio-Materialien umzuwandeln, die sich problemlos drucken lassen.
Zu den künftigen Anwendungen der Biofabrikation gehören die Regeneration von menschlichem Gewebe und der ‚Druck von Organ. „Während noch viele Hürden überwunden werden müssen, um diese Anwendungen in die klinische Realität umzusetzen, bietet die Bioprinting-Technologie bereits Lösungen im Bereich der tierfreien Tests. Hier können die ‚menschlichen Materialien‘ einen großen Unterschied machen, um Bioprinting wirklich tierfrei zu machen“, sagt Jasper Van Hoorick, CEO von BIO INX.
So können Medikamente oder Kosmetika an 3D-gedruckten menschlichen Gewebemodellen getestet werden, die im Vergleich zu herkömmlichen 2D-Zellkulturtechniken ein besseres Abbild von nativen 3D-Geweben darstellen. Dieser Ansatz steht im Einklang mit dem 3R-Prinzip* (reduce – replace – refine) zur Reduzierung, Ersetzung und Verbesserung der für wissenschaftliche Zwecke verwendeten Tiere.
Um dieses Ziel zu erreichen, kann insbesondere das hochauflösende Bioprinting auf der Grundlage der 2-Photonen-Polymerisation (2PP) entscheidend sein, um das Feld auf die nächste Stufe zu heben, da es die einzige Technologie ist, die das Drucken mit subzellulärer Auflösung ermöglicht und damit die komplizierte mikrozelluläre Architektur nachahmen kann. Sie ist auch eine der wenigen Technologien, die einen direkten Druck innerhalb von Mikrofluidik-Chips ermöglicht, um ein einfaches Wirkstoffscreening zu ermöglichen. „Die Technologie hat enorme Leistungsfortschritte gemacht, wird aber derzeit hauptsächlich durch das Fehlen leistungsfähiger biologischer Materialien eingeschränkt. Das HU3DINKS-Projekt kann einen Paradigmenwechsel in diesem Bereich herbeiführen, indem es die menschliche zelluläre Umgebung sowohl in Bezug auf die Architektur als auch auf die Zusammensetzung wirklich nachahmt.“ – (Markus Lunzer – Teamleiter der Materialentwicklung bei UpNano)
Das Projekt wurde im Rahmen der Initiative für internationale Forschungsaktivitäten kleiner und mittlerer Unternehmen (IraSME) bewilligt, die darauf abzielt, grenzüberschreitende Kooperationen zwischen den Mitgliedsländern zu fördern. Das HU3DINKS-Konsortium vereint Partner mit einzigartigem komplementärem Fachwissen aus Belgien (finanziert durch VLAIO) und Österreich (finanziert durch FFG). THT Biomaterials (Wien, Österreich) wird mit seinem einzigartigen Fachwissen über aus menschlicher Plazenta gewonnene Materialien beitragen. BIO INX (Gent, Belgien) ist Experte auf dem Gebiet der Entwicklung von Bio-Materialien für verschiedene Drucktechnologien und verantwortlich für die Umwandlung der aus menschlicher Plazenta gewonnenen Materialien von THT Biomaterials in gebrauchsfertige druckbare Formulierungen für verschiedene Drucktechnologien. Das Projekt wird auch von Morphomed (Wien, Österreich) und ihrer medizinischen Seidentechnologie sowie von UpNano (Wien, Österreich), einem Spezialisten für die Entwicklung von hochauflösenden 2PP (Bio)-3D-Drucktechnologien, unterstützt. Zusätzlich wird das Ludwig Boltzmann Institut für Traumatologie (das Forschungszentrum in Zusammenarbeit mit der AUVA) für die biologische Validierung der neu entwickelten Biotinten verantwortlich sein.
*3R directive 2010/63/EU
Kontakt: https://www.linkedin.com/company/hu3dinks/
Weiterführende Informationen: https://projekte.ffg.at/projekt/4496675
Bilder verfügbar unter: https://www.upnano.at/human-inks-to-3d-printing-human-tissues-hu3dinks-project-brings-together-expert-companies-for-the-development-of-human-tissue-based-inks/
Über BIO INX®
BIO INX ist ein Start-up-Unternehmen, das sich auf die Entwicklung und Kommerzialisierung von Biomaterialien für 3D-Bioprinting-Anwendungen konzentriert. Es ist ein führender Hersteller von hochauflösenden Harzen für das Bioprinting. Das Unternehmen hat sich zum Ziel gesetzt, innovative Lösungen anzubieten, die es Forschern und Klinikern ermöglichen, fortschrittliche biomedizinische Strukturen zu schaffen. BIO INX bietet eine Reihe von Produkten an, die für verschiedene Bioprinting-Techniken optimiert sind, darunter Extrusion, DLP und Zwei-Photonen-Polymerisation. Durch das Angebot eines einzigartigen Materialportfolios mit einer Vielzahl von Materialeigenschaften sind die Anwendungsmöglichkeiten nahezu unbegrenzt: Die Biotinten können für verschiedene Gewebetypen mit Anwendungen in der regenerativen Medizin sowie im Arzneimittel- und Kosmetikscreening eingesetzt werden.
Kontakt BIO INX®
Dr. Jasper Van Hoorick, CEO
+32 499 169894
Über UpNano
UpNano ist ein in Wien (Österreich) ansässiges High-Tech-Unternehmen, das sich auf die Entwicklung, Herstellung und Vermarktung von hochauflösenden 3D-Druckern spezialisiert hat. Die Systeme basieren auf dem Prinzip der 2-Photonen-Polymerisation und bieten branchenführende Geschwindigkeit und Auflösung unter 0,2 µm. UpNano ist bestrebt, seinen Kunden ein ganzheitliches Paket aus Hardware, Software und optimierten Druckmaterialien für die Herstellung von polymeren Mikroteilen sowie die einzigartige Möglichkeit des Bioprinting in einer nativen Zellumgebung zu bieten. Mit der Spitzentechnologie von UpNano können Objekte in Größen vom Submikrometer- bis in den Zentimeterbereich und mit einer Höhe von bis zu 40 mm gedruckt werden – in bisher unerreichter Zeit und Präzision.
Kontakt UpNano GmbH
Dr. Markus Lunzer, Team Lead Materials & Application
+43 1 8901652 702
Über Ludwig Boltzmann Institute for Traumatologie
Das Ludwig Boltzmann Institut für Traumatologie, das Forschungszentrum in Kooperation mit der AUVA, entwickelt und forciert diagnostische, therapeutische und regenerative Forschungsstrategien, um die vollständige und nachhaltige Genesung von Traumapatienten zu ermöglichen. In enger Zusammenarbeit mit den österreichischen Unfallkrankenhäusern deckt ein multidisziplinäres Team von mehr als 80 WissenschafterInnen – von der Elektrotechnik über die Biologie bis zur Humanmedizin – ein breites Spektrum in der angewandten Forschung ab. Das Institut ist auch Mitbegründer und Koordinator des Österreichischen Clusters für Geweberegeneration.
Mehr Information
Über THT Biomaterials GmbH
„The Human Touch“ (THT) Biomaterials wurde 2020 mit dem Ziel gegründet, preiswerte, nachhaltige und personalisierte Medizin anzubieten. Durch die Verwendung von menschlichem Plazentagewebe, welches als medizinischer Abfall bezeichnet wird, bietet THT Biomaterials eine innovative Plattformtechnologie, die auf Biomaterialien menschlichen Ursprungs basiert. THT Biomaterials entwickelt Proteine aus der extrazellulären Matrix (ECM) der menschlichen Plazenta für verschiedene Life-Sciences-Anwendungen wie 2D/3D-Kulturen, Organoidkulturen, Organ-on-a-Chip und 3D-Bioprinting. Damit unterstützt THT Biomaterials nicht nur die Verbesserung der Translation von Forschung in klinische Anwendungen, sondern reduziert und ersetzt gleichzeitig tierische Materialien in der Forschung (Richtlinie 2010/63/EU).
Kontakt THT Biomaterials GmbH
Dr. Johannes Hackethal, CEO
office@tht-biomaterials.com
+43 676 93 66 505
Über Morphomed GmbH
MorphoMed ist ein Wiener Startup-Unternehmen mit Schwerpunkt auf der Entwicklung von Medizinprodukten für die regenerative Medizin, insbesondere von Implantaten zur Therapie von Verletzungen an Weichteilen wie Bändern und Sehnen. Die MediSilk-Plattform der MorphoMed erlaubt die Entwicklung von Implantaten mit einer einzigartigen Eigenschaftskombination aus einerseits sofortiger und langanhaltender mechanischer Festigkeit und andererseits kompletter biologischer Abbaubarkeit, wodurch im Endeffekt eine vollständige Regeneration von rein körpereigenem Gewebe erreicht werden kann.
Beispielsweise könnte ein Kreuzbandimplantat der MorphoMed bei hunderttausenden Patienten zur Regeneration eines gerissenen Kreuzbandes eingesetzt werden, und ihnen so die Wiederaufnahme ihrer gewohnten Sport- und Alltagsaktivitäten erlauben, ohne dass dafür andere wertvolle Gewebestrukturen für eine autologe Transplantation herangezogen werden müssten.
Kontakt Morphomed GmbH
Dr. Michael Jakusch, CEO