Sichere Biotinte für den Druck künstlicher Organe

Die Entwicklung von Biomaterialien für künstliche Organe und Gewebe ist aufgrund der Zunahme von Unfallverletzungen und chronischen Krankheiten sowie dem Eintritt in eine überalterte Gesellschaft ein aktives Forschungsgebiet. Die 3D-Bioprinting-Technologie, die Zellen und Biomaterialien verwendet, um dreidimensionale künstliche Gewebestrukturen zu schaffen, hat in letzter Zeit an Popularität gewonnen. Häufig verwendete Hydrogel-basierte Biotinten können jedoch aufgrund des chemischen Vernetzungsmittels und des ultravioletten Lichts, die die Molekülstruktur der photohärtenden 3D-gedruckten Biotinte verbinden, Zytotoxizität verursachen.

Das Forschungsteam von Dr. Song Soo-chang am Zentrum für Biomaterialien des Korea Institute of Science and Technology (KIST) enthüllte die erste Entwicklung einer auf Poly(organophosphazen)-Hydrogel basierenden temperaturempfindlichen Biotinte, die ihre physikalische Struktur nur durch Temperaturkontrolle stabil beibehielt ohne Photohärtung, induzierte Geweberegeneration und dann nach einer bestimmten Zeit im Körper biologisch abgebaut.

Derzeitige Hydrogel-basierte Biotinten müssen einen Photohärtungsprozess durchlaufen, um die mechanischen Eigenschaften des 3D-Gerüsts nach dem Drucken zu verbessern, mit einem hohen Risiko von Nebenwirkungen im menschlichen Körper. Darüber hinaus bestand die Möglichkeit von Nebenwirkungen, wenn extern kultivierte Zellen innerhalb von Bioink transplantiert wurden, um den Effekt der Geweberegeneration zu erhöhen.

Dementsprechend entwickelte das Forschungsteam ein neues Bioink-Material unter Verwendung eines temperaturempfindlichen Poly(organophosphazen)-Hydrogels, das bei niedrigen Temperaturen in flüssiger Form vorlag und sich bei Körpertemperatur in ein hartes Gel verwandelte. Dies ermöglichte die Regeneration von Geweben nur durch Temperaturkontrolle ohne chemische Vernetzungsmittel oder UV-Bestrahlung und die Herstellung eines dreidimensionalen Gerüsts mit einer physikalisch stabilen Struktur, wodurch die Möglichkeit nachteiliger Immuneffekte im menschlichen Körper minimiert wurde.

Die entwickelte Bioink hatte auch eine molekulare Struktur, die mit Wachstumsfaktoren interagieren konnte, das sind Proteine, die bei der Geweberegeneration helfen, Wachstumsfaktoren zu erhalten, die das Zellwachstum, die Differenzierung und die Immunantworten über einen langen Zeitraum regulieren. Das Forschungsteam konnte die Wirkung der Geweberegeneration maximieren, indem es eine Umgebung schuf, in der die Zelldifferenzierung innerhalb des mit Bioink gedruckten 3D-Gerüsts autonom reguliert werden konnte.

Das Forschungsteam stellte das 3D-Gerüst her, indem es es mit einem 3D-Biodrucker unter Verwendung von Biotinte druckte, die transformierenden Wachstumsfaktor Beta 1 (TGF-β1) und knochenmorphogenetisches Protein-2 (BMP-2) enthielt, die für die Zellinfiltration und Knochenregeneration erforderlich waren, und führten ein Experiment durch, indem sie es in einen beschädigten Knochen einer Ratte implantierten. Infolgedessen wurden Zellen aus dem umgebenden Gewebe in das Gerüst migriert, und der defekte Knochen wurde auf ein normales Gewebeniveau regeneriert, und das implantierte 3D-Gerüst wurde im Körper über 42 Tage langsam biologisch abgebaut.

Dr. Song Soo-Chang von KIST sagte: „Das Forschungsteam hat die Technologie für das wärmeempfindliche Polyphosphazen-Hydrogel im Juni 2022 an NexGel Biotech Co., Ltd. übertragen, und die Entwicklung von Produkten wie Knochentransplantatmaterialien und kosmetischen Füllstoffen erfolgt Da die diesmal entwickelte Bioink unterschiedliche physikalische Eigenschaften hat, werden Folgeforschungen durchgeführt, um sie auf die Regeneration von anderen Geweben als Knochengewebe anzuwenden, und wir gehen davon aus, dass wir endlich in der Lage sein werden, Bioink zu kommerzialisieren, der auf jedes Gewebe und jedes Organ zugeschnitten ist. “