Schleimbasierte Biotinte könnte zum Drucken und Züchten von Lungengewebe verwendet werden

Lungenkrankheiten kosten jedes Jahr Millionen von Menschen auf der ganzen Welt das Leben. Die Behandlungsmöglichkeiten sind begrenzt und Tiermodelle für die Erforschung dieser Krankheiten und experimentelle Medikamente sind unzureichend. ACS Angewandte BiomaterialienForscher beschreiben ihr Erfolg bei der Entwicklung einer schleimbasierten Biotinte für den 3D-Druck von Lungengewebe. Dieser Fortschritt könnte eines Tages dazu beitragen, chronische Lungenerkrankungen zu untersuchen und zu behandeln.

Während einige Menschen mit Lungenerkrankungen Transplantationen erhalten, sind Spenderorgane nach wie vor Mangelware. Als Alternative können Medikamente und andere Behandlungen zur Linderung der Symptome eingesetzt werden, aber für Krankheiten wie chronisch obstruktive Lungenerkrankung und Mukoviszidose gibt es keine Heilung. Forscher suchen weiterhin nach besseren Medikamenten und verlassen sich dabei oft auf Tests an Nagetieren. Diese Tiermodelle erfassen die Komplexität menschlicher Lungenerkrankungen jedoch nur teilweise und können die Sicherheit und Wirksamkeit neuer Medikamente möglicherweise nicht genau vorhersagen.

Inzwischen erforschen Bioingenieure die Produktion von Lungengewebe im Labor, entweder als genaueres Modell zur Untersuchung menschlicher Lungen oder als potenzielles Material für Implantate. Eine Technik umfasst den 3D-Druck von Strukturen, die menschliches Gewebe nachahmen. Die Entwicklung einer geeigneten Biotinte zur Unterstützung des Zellwachstums bleibt jedoch eine Herausforderung. Also machten sich Ashok Raichur und seine Kollegen daran, dieses Hindernis zu überwinden.

Das Team begann mit Mucin, einem Schleimbestandteil, der für den Biodruck noch nicht umfassend erforscht wurde. Teile der Molekularstruktur dieses antibakteriellen Polymers ähneln dem epidermalen Wachstumsfaktor, einem Protein, das die Zellhaftung und das Zellwachstum fördert. Raichur und seine Kollegen ließen Mucin mit Methacrylsäureanhydrid reagieren, um methacryliertes Mucin (MuMA) zu bilden, das sie dann mit Lungenzellen mischten.

Hyaluronsäure – ein natürliches Polymer, das in Bindegewebe und anderen Geweben vorkommt – wurde hinzugefügt, um die Viskosität der Biotinte zu erhöhen und das Zellwachstum und die Haftung an MuMA zu verbessern. Nachdem die Tinte in Testmustern, darunter runde und quadratische Gitter, gedruckt wurde, wurde sie blauem Licht ausgesetzt, um die MuMA-Moleküle zu vernetzen. Die Vernetzungsbindungen stabilisierten die gedruckte Struktur in Form eines porösen Gels, das leicht Wasser absorbierte, um das Zellüberleben zu unterstützen.

Die Forscher fanden heraus, dass die miteinander verbundenen Poren im Gel die Diffusion von Nährstoffen und Sauerstoff erleichterten und so das Zellwachstum und die Bildung von Lungengewebe förderten. Die gedruckten Strukturen waren ungiftig und wurden unter physiologischen Bedingungen langsam biologisch abgebaut, wodurch sie sich möglicherweise als Implantate eignen, bei denen das gedruckte Gerüst nach und nach durch neu gewachsenes Lungengewebe ersetzt wird. Die Biotinte könnte auch verwendet werden, um 3D-Modelle von Lungen zu erstellen, um Lungenkrankheitsprozesse zu untersuchen und mögliche Behandlungen zu evaluieren.