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Bioprinting ist auf dem Vormarsch und nun sorgen neu entdeckte Biomaterialien potenziell dafür, dass sich der 3D-Druck in der Medizin noch rasanter entwickelt. Auch Investoren setzen auf vielversprechende Kandidaten.
Eine neue Leber, Hornhaut, Medizingeräte oder Medikamente – das sogenannte Bioprinting hat sich innerhalb kürzester Zeit rasant entwickelt. Nun ist es Forschern am Institute for Molecular Systems Engineering and Advanced Materials (IMSEAM) der Universität Heidelberg gelungen, aus Mikroalgen Tinten für den Druck von komplexen biokompatiblen 3D-Mikrostrukturen herzustellen.
Auf Mikroalgen hat sich das Team um Prof. Dr. Eva Blasco auch deshalb konzentriert, weil sie als aufgrund ihres schnellen Wachstums besonders gut als „Biofabriken“ eignen. „Trotz ihrer Vorteile sind Mikroalgen als Rohstoffe für den lichtbasierten 3D-Druck kaum in Betracht gezogen worden“, so die Wissenschaftlerin, die mit ihrer Gruppe an der Schnittstelle von makromolekularer Chemie, Materialwissenschaften und 3D-Nanofabrikation forscht.
Für ihr Projekt wählten die Heidelberger Wissenschaftler mit der Kieselalge Odontella aurita und der Grünalge Tetraselmis striata zwei Arten aus, die besonders viele Fette in Form von Triglyzeriden enthalten. Diese Triglyzeride wurden dann extrahiert und mit
Acrylaten funktionalisiert, um eine schnelle Aushärtung bei Lichteinstrahlung zu ermöglichen. Dabei erwiesen sich die in den Mikroalgen vorhandenen photoaktiven grünen Farbstoffe als geeignete Photoinitiatoren. Sie starten unter Einfall von Licht die chemische Reaktion, durch die sich die Tinte zu einer dreidimensionalen Struktur verfestigt. „Damit vermeiden wir den Einsatz von potenziell toxischen Zusatzstoffen wie Photoinitiatoren, die in herkömmlichen Tinten verwendet werden“, erklärt Erstautorin Clara Vazquez-Martel, Doktorandin in der Forschungsgruppe von Eva Blasco am IMSEAM.
Komplexe 3D-Mikrostrukturen erschaffen
Mit dem neuen Tintensystem konnten die Wissenschaftler verschiedene 3D-Mikrostrukturen mit hoher Präzision und komplexen Merkmalen wie überhängenden Dächern oder Hohlräumen herstellen. Anhand von Versuchen mit Zellkulturen untersuchten sie anschließend auch die Biokompatibilität der mikroalgenbasierten Tinten. Dazu fertigten sie dreidimensionale Mikrogerüste, auf denen die Zellen für etwa 24 Stunden kultiviert wurden. Ihren Beobachtungen zufolge lag die Überlebensrate bei nahezu 100 Prozent. „Unsere Ergebnisse eröffnen nicht nur neue Möglichkeiten für einen nachhaltigeren 3D-Druck mit Licht, sondern auch für lebenswissenschaftliche Anwendungen – von dreidimensionalen Zellkulturen bis hin zu biokompatiblen Implantaten“, sagt Prof. Blasco.
Investoren werden aufmerksam
Dass man mit solchen innovativen Ansätzen auch Investoren begeistern kann, zeigt das in Nottingham ansässige britische Startup 4D Medicine. Die Ausgründung der Universitäten Birmingham und Warwick hat gerade in einer Serie-A-Runde rund vier Millionen Euro (3,4 Millionen Pfund) eingesammelt. Beteiligt haben sich Oshen Holdings, DSW Ventures, SFC Capital, Boundary Capital sowie private Investoren, zu denen Wissenschaftler und Chirurgen zählen.
2022 gegründet überzeugt 4D Medicine mit seinem bioresorbierenden Material 4Degra, das vor allem für orthopädische Implantate sowie weiche Gewebe eingesetzt werden kann. Hier haben erste Tests gezeigt, dass sich das Material während des Heilungsverlaufs langsam abbaut und durch natürliche Gewebestrukturen ersetzt wird – ein entscheidender Vorteil im Vergleich zu anderen resorbierenden Biomaterialien, die oftmals zu schnell und auch mit Nebenprodukten abgebaut werden. Zudem kann 4Degra im 3D-Druckverfahren in komplexen geometrischen Formen produziert zu werden. Das Material kann sowohl in weichen als auch in harten Formulierungen hergestellt werden, was es für flexible Produkte wie Filme und Membranen, aber auch für feste Komponenten wie Platten, Stifte und Knochengerüste geeignet macht.
Genau das hat am Ende auch die Investoren überzeugt, wie Didier Cowling, Partner bei Oshen Holdings unterstreicht: „4D Medicine in der Lage, auf dem Gebiet der bioresorbierbaren medizinischen Geräte einen erheblichen Einfluss auszuüben. Wir glauben, dass 4Degra ein echter ‚game changer‘ ist, der es 4D ermöglicht, neuartige bioresorbierbare medizinische Geräte mit einzigartigen Eigenschaften zu entwickeln.“
