MeatPrint – Ergründung des mechanophysikalischen und biochemischen Zusammenspiels von Hydrogel-Additiv-Formulierungen sowie bovinen Muskel- und Fettzellen unterschiedlicher Differenzierungsstadien in hochskaligen 3D-Biodruckprozessen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Andreas Blaeser; Professorin Dr. Petra Kluger
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien ; Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 555001364

Das Projekt MeatPrint befasst sich mit der Ergründung des mechanophysikalischen und biochemischen Zusammenspiels von Hydrogel-Additiv-Formulierungen sowie bovinen Muskel- und Fettzellen unterschiedlicher Differenzierungsstadien in hochskaligen 3D-Biodruckprozessen. Um die komplexe Morphologie und hierarchische Strukturierung von lebendem Gewebe nachzuempfinden, werden im Bereich des Tissue Engineering seit einigen Jahren 3D-Biodrucktechniken erforscht, die eine präzise Positionierung von Zellen und ECM-Materialien ermöglichen. Diese Techniken werden bisher maßgeblich als Batch-Prozesse eingesetzt. Die eingeschränkte Skalierbarkeit solcher Prozesse, ist für den Bereich der regenerativen Medizin von untergeordneter Bedeutung. Für die Herstellung von In-Vitro-Gewebemodellen für die Pharmaforschung oder für Anwendungen im Bereich der zellulären Landwirtschaft (z.B. Cultured Meat), die zukünftig größere Produktionsvolumina erfordern, sind jedoch kontinuierliche Druckprozesse, die eine skalierbare Biofabrikation erlauben, gefragt. An dieser Stelle setzt das vorliegende Forschungsvorhaben an, in dem der Siebdruck als hochskaliges Biofabrikationswerkzeug untersucht wird. Beim 3D-Biodruck treten je nach Druckmodalität unterschiedliche Wechselwirkungen zwischen dem eingesetzten Düsen- oder Applikationssystem, dem Druckmaterial und den darin enthaltenen Zellen auf. Diese können sowohl die Textur des Gewebes als auch die Zellentwicklung nachhaltig beeinflussen. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die genannten Interaktionen und deren Auswirkungen auf Überlebensrate, Morphologie und Genexpression von zwei für die zelluläre Landwirtschaft relevante Zelltypen (primäre bovine Muskel- und Fettzellen) in unterschiedlichen Reifegeraden zu erforschen. Zu diesem Zweck wird der Siebdruck als skalierbare Biodrucktechnologie ergründet und mit dem Mikroextrusionsdruck verglichen. Die Wechselwirkungen werden in Abhängigkeit von relevanten Druckparametern (Geschwindigkeit, Druckvolumen, Dispensierschubspannungen) während und nach dem Druck erforscht. Besonders spannend wird hierbei die Frage sein, wie die beiden Zelltypen, die sich je nach Differenzierungsgrad deutlich in Morphologie (runde Fettzellen vs. fusionierte Muskelfasern) und Biomechanik (fettsäurereiche Vesikel vs. aktin- und myosinreiches Zytoskeleton) unterscheiden, auf die externen Reize reagieren. Aus den gesammelten empirischen Daten werden Interaktionsmodelle erstellt, die Rückschlüsse auf den Einfluss der druckabhängigen Scherkräfte auf primäre tierische Zellen zulassen. Abschließend wird ergründet, ob die drucktechnischen Reize auch zu einer Modulation der Zell-Zell-Interaktion in Ko-Kulturen beider Zelltypen führen. Die im Rahmen des Vorhabens gewonnenen Erkenntnisse liefern einen wichtigen Beitrag zur zukünftigen Skalierung von Biodruckverfahren und damit zur Ergründung vielfältiger Translationsmöglichkeiten im Bereich der Medizin, der Pharmaforschung und der zellulären Landwirtschaft.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen