Mit der Einführung eines neuen biokompatiblen Hydrogelharzes soll eine neue Ära im Bereich Bioprinting eingeläutet werden. Das zweistufige 3D-Drucken von Organ-on-Chip-Modellen mit eingekapselten lebenden Zellen wird erstmals möglich.
Das neuartige Harz ermöglicht den 3-D-Druck mit Zwei-Photonen-Polymerisation (2PP) von der Mikro- bis zur Mesoskala in höchster Auflösung. Dank der Reaktivität und der einfachen Verarbeitung des Bio-Materials sollen jetzt komplexe und vielseitige Organ-Designs oder Lab-on-chip-Designs hergestellt werden. Entwickelt wurde das neue Material namens «Hydrotech Inx U200» vom belgischen Materialspezialisten Bio Inx in Zusammenarbeit mit der österreichischen 3-D-Drucker-Hersteller UpNano.
Durch die intelligente Kombination mehrerer biokompatibler Materialien sollen jetzt Konstrukte mit bisher unerreichter Komplexität gedruckt werden können. Gemeinsam mit dem zellkompatiblen Hydrogel «Hydrobio Inx U200» auf Gelatinebasis, dem gemäss Hersteller ersten kommerziell erhältlichen hochauflösenden Bio-Material mit Zellinteraktivität, ermöglicht das neu eingeführte Harz so die Herstellung vielseitiger Modelle auf einem Chip.
Mikrometergenaue Makrostrukturen
Die ständig wachsenden Möglichkeiten des Bioprinting werden erst durch stete Weiterentwicklungen der 3D-Bioprinting-Technologien möglich. Dabei zeichnet sich die Zwei-Photonen-Polymerisation dadurch aus, dass sie das gesamte Spektrum biologischer Dimensionen mit einer Drucktechnologie abdeckt: Submikrometer-Auflösung in Kombination mit der Fähigkeit, Objekte in Zentimeter-Dimensionen (Makro-Skala) zu drucken. Dieses beeindruckende Potenzial wurde nun durch eine Reihe von Bio-Materialien erweitert, die gemeinsam von Bio Inx, dem Spezialisten für 3D-Bioprinting-Materialien, und UpNano, dem Hersteller von 2PP-3D-Druckern, entwickelt wurden.
Hydrotech INX U200 wurde nach ISO 10993-5 zertifiziert und soll ideal sein für Organ-on-Chip-Anwendungen. Um das volle Potenzial des neuartigen Bio-Materials zu nutzen, ist jedoch ein moderner, hochauflösender 3D-Drucker erforderlich. Hier bietet die «NanoOne 2PP»-Druckerreihe von UpNano die derzeit beste Wahl. Der «NanoOne» basiert auf Multiphotonenlithographie und kombiniert die Präzision von 2PP mit einem unübertroffenen Durchsatz von bis zu 450 Kubikmillimeter pro Stunde. Darüber hinaus ist der «NanoOne Bio» speziell für den Druck mit lebenden Zellen und unter sterilen Bedingungen geeignet – und damit ein kongenialer Partner für die anspruchsvollste Aufgabe im Bioprinting: die Herstellung komplexer 3D-Gerüste für Zellkulturen bei gleichzeitiger Einbettung lebender Zellen in diese Strukturen in einem einfachen Setup.
Komplexes Design – einfache Produktion
Während das Hydrotech-Bio-Material für die hochauflösende Herstellung von bio-inerten, aber biokompatiblen Mikrostrukturen optimiert ist, ist das Hydrobio-Bio-Material ein wasserlösliches, natürliches Hydrogel, das den direkten Transfer von Zellkulturen aus 2D-Kulturplatten in komplexe 3D-Strukturen ermöglicht. Es wurde speziell für die Verkapselung verschiedener Zelltypen entwickelt und ermöglicht so die Herstellung komplexer 3D-Mikrogewebe.
Die Herstellung von Labs-on-a-Chip wird nun nicht nur mit einer noch nie dagewesenen Präzision möglich sein, sondern auch mit direkt eingebetteten lebenden Zellen – was Zeit spart und die Aussagekraft der Ergebnisse verbessert. Oberflächenstrukturen, die natürlichen Geweben ähneln (biomimetische Strukturen), wie zum Beispiel Leberläppchen oder Darmzotten, können nun in einem mikrofluidischen Kanal auf einem Chip erzeugt und anschliessend direkt mit lebenden Zellen in verschiedenen Dichten besiedelt werden.
