Neuer Ansatz zur Herstellung von Mikrogewebe mit anisotroper Faserstruktur basierend auf Touch-Spinning und 3D-Druck

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Leonid Ionov; Privatdozentin Sahar Salehi-Müller, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 409232653

Der Großteil der menschlichen Gewebe wie die Knochen, Muskeln und Nerven sind anisotrop. Diese Anisotropie wird durch die Struktur der extrazellulären Matrix (ECM) und die Orientierung der Kollagenfibrillen bereitgestellt und beeinflusst die mechanischen Eigenschaften der Gewebe sowie die Organisation der Zellen. Der 3D-Druck von anisotropen Geweben mit hoher Auflösung ist jedoch eine sehr anspruchsvolle Aufgabe. Die größte Herausforderung besteht darin, weiche isotrope Materialien auf Hydrogelbasis, Zellen sowie relativ starre Mikro- und Nanofasern zu kombinieren, um anisotrope Konstrukte herzustellen, die nativen orientierten Geweben ähnlich sind. Dieses interdisziplinäre Projekt zielt darauf ab, diese Herausforderung anzugehen und fortschrittliche Technologien für die Herstellung von anisotropen Geweben durch die Kombination von 3D-Bioprinting und moderner Faserspinntechnologie zu entwickeln.Unser Ansatz basiert auf der Integration von Touch-Spinning, das eine präzise Abscheidung von Fasern ermöglicht, in den Extrusions-basierten 3D Druck von zellbeladenen Hydrogel-Biotinten. Die fabrizierten Fasermatten werden als Substrat zum Drucken von Hydrogelzellen-Biotinten verwendet. Dabei werden mehrschichtige anisotrope Konstrukte durch wiederholtes Touch-Spinning und Zelldruck hergestellt. Da die faserigen Matten für die mechanische Stabilität sorgen, können verdünnte, nicht viskose verkapselte Hydrogel-Biotinten mit Zellen durch eine enge Düse ohne Anwendung einer hohen Scherkraft gedruckt werden, was zu einer höheren Auflösung führt. Die Nanofasermatten werden außerdem als Führung für die Zellen dienen, um eine orientierte Struktur innerhalb des Hydrogels bilden zu können. Ein weiterer Vorteil des Touch-Spinn-Verfahrens ist, dass es keine Hochspannung benötigt und das Spinnen verschiedener Polymerfasern ermöglicht. Darüber hinaus kann es verwendet werden, um die Fasern auf der mit Zellen beladenen Schicht, unabhängig von dem Schmelzpunkt des Polymers, abzuscheiden. In diesem Projekt werden wir die Technologie entwickeln und sie für die Herstellung von Skelettmuskel-Mikrogewebe testen. Die wichtigste Auswirkung des Projektes wird die Entwicklung eines neuen Ansatzes für die Herstellung anisotroper Gewebe mit hoher Auflösung sein. Es wird erwartet, dass dieser Ansatz ein leistungsfähiges Werkzeug für die Herstellung diverser Arten von anisotrop-orientierten Geweben wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen