Aufbau von gradierten, chiralen und stimuli-responsiven Nanokomposit-Hydrogelen mittels 3D-Bioprinting als multifunktionale Biomaterialien zur Untersuchung von Zell/Biomaterial-Wechselwirkungen

• Antragstellerin: Dr. Nermin Seda Kehr
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 268394705

Tissue engineering zielt auf die Generierung von Biomaterialien, welche die dreidimensionalen Geometrien und Funktionen von Gewebe nachahmen. In diesem Zusammenhang wurde dem dreidimensionalem Bioprinting viel Aufmerksamkeit geschenkt, wobei Zellen in einer Biomaterial-Matrix zu einer definierten dreidimensionalen Architektur gedruckt werden können. Das 3D-Bioprinting befindet sich allerding in seiner Anfangsphase und die aktuell zum Drucken benutzten Materialien haben begrenzte Eigenschaften. Deshalb werden fortschrittliche Materialien benötigt um die dreidimensionale Bio-Fertigung von multifunktionalen 3D Gewebe-Konstrukten zu realisieren, welche die komplexe Natur von Gewebeeigenschaften in einem einzigen Material zur Verfügung stellen. Diese Voraussetzung an das Material ist erforderlich um die realitätsnahe Simulation von Gewebe für realistische Studien zu gewährleisten. Unsere Kompetenz mit Nanokomposit (NC)-Hydrogelen ausnutzend schlagen wir hier ein anspruchvolles und interdisziplinäres Projekt vor, das über den derzeitigen Stand auf dem Gebiet von 3D-Bioprinting und den aktuellen Studien zu Zell-Material Wechselwirckungen hinausgeht. Wie beabsichtigen das erste Beispiel eines multifunktionalen NC-Hydrogels durch 3D-Bioprinting herzustellen. Dieses fortschrittliche Material soll - in einem einzigen neuartigen multifunktionellen Biomaterial - mit den folgenden Eigenschaften von Gewebe hergestellt werden: a) chemische und physikalische Gradienten, b) einem mechanisch starken Hydrogel-Netzwerk, c) einer definierten dreidimensionalen Architektur, d) Verbindung von unterschiedlichen Gradienten, e) Chiralität und f) stimuli-responsiven Fähigkeiten. Bei unserem Ansatz werden wir bifunktionelle, chirale, stimuli-responsive Nanomaterialien synthetisieren, um damit die entsprechenden NC-Hydrogele aufzubauen, die ihrerseits mit unterschiedlichen Zellen zur Herstellung von “chiralen Nanokomposit-Bio-Tinten“ verwendet werden. Dann mit unserer vorliegenden Bio-Tinte werden wir durch 3D-Bioprinting gradierte, chirale und stimuli-responsive Biomaterialien die zusätzlich mehreren Funktionalitäten besitzen, anfertigen. Mit diesen hochentwickelten Konstrukten werden wir den Einfluß aller eingebrachten Materialeigenschaften auf das Zellverhalten simultan studieren. Somit eröffnet unser Projekt neue Möglichkeiten auf dem Gebiet des 3D-Bioprintings und wird starken Einfluss auf die Forschung von Zell-Material Wechselwirckungen im Bereich Tissue Engineering haben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen