Vor einigen Jahren veröffentlichte eine französische Tageszeitung einen Artikel mit dem Titel „Koreas Nutzung von Algen als Nahrungszutat für die Erde“. Der Artikel hob das ökologische Potenzial von Algen hervor, die für Westler aufgrund ihrer weichen und breiigen Konsistenz normalerweise unattraktiv sind. Algen besitzen die Fähigkeit, atmosphärisches Kohlendioxid zu absorbieren und deutlich weniger Kohlenstoffemissionen zu erzeugen.
Somit könnte allein der Verzehr von Algen einen konstruktiven Beitrag zum Umweltschutz leisten. Dennoch wurden Fortschritte bei der Produktion von Kulturfleisch unter Verwendung von Algen erzielt, was einen neuartigen Ansatz für den Schutz der Erde darstellt. Darüber hinaus können Algen auch bei der Herstellung künstlicher Organe für Menschen mit Organversagen eingesetzt werden.
Das Forschungsteam unter der Leitung von Professor Hyung Joon Cha vom Department of Chemical Engineering und der School of Convergence Science and Technology sowie Ph.D. Kandidat Sangmin Lee und Dr. Geunho Choi von der Abteilung für Chemieingenieurwesen bei POSTECH haben einen Biotint entwickelt, der sich durch verbesserte Lebensfähigkeit der Zellen und Druckauflösung auszeichnet.
Diese Leistung wurde durch die Verwendung von aus Algen gewonnenem Alginat, einem natürlichen Kohlenhydrat und einem harmlosen sichtbaren Licht erreicht. Die Forschungsergebnisse wurden in veröffentlicht Kohlenhydratpolymere.
3D-Bioprinting ist eine Methode zur Herstellung künstlicher Organe oder Gewebe unter Verwendung von Biotinten, die Zellen enthalten. Diese Technik ist in den Bereichen Tissue Engineering und regenerative Medizin vielversprechend, erregt aber auch im Lebensmitteltechnologiesektor große Aufmerksamkeit, da sie das Potenzial hat, kultiviertes Fleisch zu produzieren, ein aufstrebendes Konzept in der Lebensmittelproduktion der Zukunft. Dennoch weisen derzeit verfügbare Biotinten Einschränkungen auf, die die Zellmobilität behindern und zu einer geringen Lebensfähigkeit der Zellen und einer geringen Druckauflösung führen.
Um diesen Herausforderungen zu begegnen, entwickelte das Forschungsteam ein Mikrogel unter Verwendung eines photovernetzbaren Alginats. Anschließend entwickelten sie einen 3D-gedruckten Bioink, der mithilfe dieses photovernetzbaren Alginat-Mikrogels die freie Zellbewegung und -proliferation erleichtern kann. Dieser mit Zellen beladene Mikrogel-Bioink führte zu einer 4-fachen Steigerung der Zellproliferation im Vergleich zu herkömmlichen Bioinks.
Darüber hinaus zeigte das Mikrogel eine verringerte Viskosität, wenn es über einen bestimmten Zeitraum äußeren Kräften ausgesetzt wurde, und erlangte auch nach der Verformung umgehend seine ursprüngliche Form zurück. Diese Eigenschaften erhöhten die Auflösung und Laminierungskapazität der Druckergebnisse erheblich.
Professor Hyung Joon Cha, der die Forschung leitete, erklärte: „Wir haben funktionelle Gewebestrukturen entwickelt, indem wir einen auf Biomaterialien basierenden Bioink mit außergewöhnlichen und stabilen Zellladefähigkeiten für den praktischen 3D-Druck eingesetzt haben. Zukünftige Forschung und Verfeinerung dieser Technologie dürften ihre weitverbreitete Einführung vorantreiben.“ in der Entwicklung künstlicher Organe und der Produktion von Zuchtfleisch.“
Mehr Informationen:
Sangmin Lee et al., Mit sichtbarem Licht vernetzbarer Mikrogel-Bioink auf Tyramin-konjugierter Alginat-Basis für mehrere zellbeladene künstliche 3D-Organe, Kohlenhydratpolymere (2023). DOI: 10.1016/j.carbpol.2023.120895