Der 3D-Biodruck ist eine große Hoffnung im Bereich der regenerativen Medizin, um miniaturisierte Gewebe und Organvorläufer mit biologischer Funktionalität zu erzeugen. Heute arbeitet die Wissenschaft aber noch daran, etwa den Nährstofftransport in dem 3D-gedruckten Gewebe zu ermöglichen. Forschenden des NMI in Reutlingen und der TU Darmstadt ist nun ein wichtiger Fortschritt gelungen, indem sie elektro-gesponnene Fasern in die Biotinte eingebaut haben. Dadurch wird der Nährstofftransport messbar verbessert.
Reutlingen/Germany, 25. April 2025. Man möchte sich einmal eine Zeit vorstellen in der alle Organe auf Dauer ersetzt werden können und stellt sich aus philosophischer Perspektive dann die Frage, was bleibt dann noch vom Menschen? Und es kann dann nur noch der Geist sein! Mit dem Durchbruch in eine neue Zeit der Künstlichen Intelligenz und der künstlichen Nachzüchtung individueller Organe entsteht eine Vision über die Weiterentwicklung der menschlichen Existenz. Das werden und vergehen bekommt eine neue Dimension. Das Geboren werden gehört längst in unseren Alltag, aber auch da gab es zu den Anfängen der Menschheit Prozeduren welche die Menschen nicht begreifen konnten, in etwa der Versuch durch Rituale zu verhindern das aus dem weiblichen Körper heraus ein neues Leben zu entstehen habe.
Nun steht der Menschheit ein Akt in Aussicht bei dem der Mensch auf Dauer nicht mehr im herkömmlichen Sinne sterben wird. Vielmehr lernen wie das Vorstellungen sterben wie Mensch zu sein habe. Und das mit jedem Akt seiner weiteren Kultivierung ein neuer Mensch entsteht.
Mit dem 3D-Biodruck wächst die Hoffnung der regenerativen Medizin der menschlichen Unsterblichkeit. Das Denken und leiden Menschen zu verlieren wird genauso schwinden wie einst die Hoffnung das der Mensch nicht aus dem Menschen entstanden sei. Heute steht die Frage im Raum, wie können wir Gewebe im 3D-Drucker herstellen, die möglichst gut die komplexe Anatomie von natürlichem Körpergewebe nachahmt?
Der 3D-Biodruck ist eine große Hoffnung im Bereich der regenerativen Medizin, um miniaturisierte Gewebe und Organvorläufer mit biologischer Funktionalität zu erzeugen. Heute arbeitet die Wissenschaft aber noch an der Herausforderung, überhaupt ein druckbares und zugleich verträgliches Ausgangsmaterial herzustellen. Forschende des NMI Naturwissenschaftlichen und Medizinischen Instituts in Reutlingen, der TU Darmstadt und der Black Drop Biodrucker GmbH haben eine neuartige Biotinte entwickelt, mit der etwa der Nährstofftransport in gedrucktem Gewebe verbessert wird.
Bioprinting: Viele Herausforderungen, viele Chancen
3D-Biodruck, Biotinte, Elektrospinning: Was ist das überhaupt? 3D-Druck ist inzwischen in viele Lebens- und vor allem Wirtschaftsbereiche eingezogen. Es ist ein Verfahren, in dem mit einem speziellen Ausgangsmaterial ein dreidimensionales Objekt gedruckt wird. Beim 3D-Biodruck ist dieses Ausgangsmaterial die Biotinte, die lebende Zellen enthält und zum Beispiel mit Hydrogelen und biologischen Faktoren kombiniert wird, um organische Objekte zu drucken. Ergänzend ist es mit Elektrospinning möglich, hauchdünne Fasern herzustellen.
Elektro-gesponnene Fasern ermöglichen Nährstofftransport
„Mit 5-10 µm Durchmesser liegen diese Fasern im Bereich von Blutkapillaren und sind der entscheidende Fortschritt in unserer Biotinte“, erklärt Dr. Hanna Hartmann, mitunter Erfinderin im gemeinsamen Patent. Bislang war der Transport von Nährstoffen in 3D-gedrucktem Gewebe ein großes Problem. „Die Fasern verbessern diesen Transport nun messbar. Die besonders spannende Erkenntnis für uns: Dafür müssen sie nicht einmal innen hohl sein“, berichtet Jannik Stadler von Black Drop Biodrucker GmbH. Zudem hat diese Biotinte besonders vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich ihrer mechanischen Festigkeit und quillt weniger stark auf. Dies konnte Annabelle Neuhäusler, in der gemeinsamen Publikation mit dem Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren der TU Darmstadt zeigen.
Über das NMI:
Das NMI Naturwissenschaftliche und Medizinische Institut in Reutlingen ist eine außeruniversitäre Forschungseinrichtung und betreibt anwendungsorientierte Forschung an der Schnittstelle von Bio- und Materialwissenschaften. Es verfügt über ein einmaliges, interdisziplinäres Kompetenzspektrum für F&E- sowie Dienstleistungsangebote für regional und international tätige Unternehmen. Dabei richtet sich das Institut gleichermaßen an die Gesundheitswirtschaft wie an Firmen aus dem Fahrzeug-, Maschinen- und Werkzeugbau. Zugleich unterstützt das NMI aktiv Ausgründungen aus dem Institut.
In der Forschung arbeitet das NMI mit zahlreichen hochkarätigen Institutionen wie der Universität Tübingen, dem Universitätsklinikum Tübingen und den Instituten der Innovationsallianz Baden-Württemberg (innBW) zusammen.
Das NMI wird vom Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus des Landes Baden-Württemberg unterstützt und ist Mitglied der innBW, einem Zusammenschluss von 12 außeruniversitären und wirtschaftsnahen Forschungsinstituten.
Über die Black Drop Biodrucker GmbH:
Die Black Drop Biodrucker GmbH ist ein deutsches Biotech-Unternehmen, welches sich auf den 3D-Biodruck und dessen Anwendung im Bereich der regenerativen Medizin sowie der Pharmaforschung spezialisiert hat. Das Produktportfolio des 2017 gegründeten Unternehmens erstreckt sich über die gesamte Prozesskette der Biofabrikation: von Biotinten über kundenindividualisierte 3D-Biodruck Hard- und Software bis hin zu mikrofluidischen Chips für die Herstellung vaskularisierter Organ-on-Chip Systeme.
Besondere Highlights sind die kürzlich in das Portfolio aufgenommen Biotinte CureDrop und der Black Drop BioVOC. CureDrop ist eine auf rekombinant hergestelltem Kollagen basierende Biotinte mit Photo-vernetzbaren Eigenschaften. Der BioVOC ist ein mit dem 3D-Biodruck kompatibler mikrofluidischer Chip, der zur Herstellung von vaskularisierten Gewebemodellen genutzt werden kann.
In Summe mit dem modularer 3D-Biodrucksystem REGENATE bieten sie die Möglichkeit vollständig tierfreie 3D-Gewebemodelle für die pharmakologische Forschung aufzubauen.
Über die TU Darmstadt:
Die TU Darmstadt zählt zu den führenden Technischen Universitäten in Deutschland und steht für exzellente und relevante Wissenschaft. Globale Transformationen – von der Energiewende über Industrie 4.0 bis zur Künstlichen Intelligenz – gestaltet die TU Darmstadt durch herausragende Erkenntnisse und zukunftsweisende Studienangebote entscheidend mit.
Ihre Spitzenforschung bündelt die TU Darmstadt in drei Feldern: Energy and Environment, Information and Intelligence, Matter and Materials. Ihre problemzentrierte Interdisziplinarität und der produktive Austausch mit Gesellschaft, Wirtschaft und Politik erzeugen Fortschritte für eine weltweit nachhaltige Entwicklung.
Seit ihrer Gründung 1877 zählt die TU Darmstadt zu den am stärksten international geprägten Universitäten in Deutschland; als Europäische Technische Universität baut sie in der Allianz Unite! einen transeuropäischen Campus auf. Mit ihren Partnern der Rhein-Main-Universitäten – der Goethe-Universität Frankfurt und der Johannes Gutenberg-Universität Mainz – entwickelt sie die Metropolregion Frankfurt-Rhein-Main als global attraktiven Wissenschaftsraum weiter.
Originalpublikation:
Electrospun microfibers to enhance nutrient supply in bioinks and 3D-bioprinted tissue precursors
https://doi.org/10.1088/1758-5090/ad9d7a
Weitere Informationen:
(https://www.nmi.de/projekte-1/projektdetail/natink-de) (Informationen zum Projekt NatInk)
(http://www.nmi.de)
(http://www.theBioprinting.com)
(https://www.tu-darmstadt.de/)
Bildquelle
Elektrospinning, Polymer-Jet, Ruben Daum, NMI
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