Ein zweiteiliges wasserbasiertes Gel aus synthetischer DNA und Polypeptiden bringt den 3D-Biodrucker weiter in Richtung Druck von Organen für die Transplantation oder als Tiermodell. Dongsheng Liu (Tsinghua-Universität Peking) und Will Shu (Heriot-Watt University Edinburgh) und ihre Arbeitsgruppen sahen sich mit den Hauptschwierigkeiten konfrontiert, zum einen eine geeignete Matrix oder ein Gerüst zu finden, das die lebenden Zellen dreidimensional unterstützt, zum anderen, ein konsistentes Produkt herzustellen, das der Empfänger des Spenderorgans nicht wieder abstößt.

"Die erste Herausforderung war, dass wir mit einem normalen Gel keine lebenden Zellen für den 3D-Druck vermischen konnten", erklärt Shu. "Kollegen an der Tsinghua-Universität in Peking haben jedoch ein Gel entwickelt, das wie manche Klebstoffe zunächst in der Form von zwei separaten Flüssigkeiten vorliegt. Diese Flüssigkeiten können einzeln die Zellen aufnehmen und werden erst dann zum Gel, wenn sie während des Druckprozesses miteinander gemischt werden".

Liu erläutert: "Für unser neues DNA-Gel sind weder Hitze, UV-Licht, Salze oder sonstige harsche Bedingungen nötig. In Verbindung mit Shus ausgeklügeltem 3D-Drucksystem konnten wir eine dreidimensionale Matrix herstellen, in der sich hoch produktive lebende Zellen befinden."

"Spezialisierte Bildgebungsverfahren ermöglichten es uns zudem, in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Rory Duncan nachzuweisen, dass die Zellen nach dem Druck weiter lebten und im subzellulären Bereich funktionsfähig waren", betont Shu.

Lediglich durch Austausch einer Base in der DNA-Sequenz können Liu und Kollegen die Steifheit des Gels sowie des gedruckten Objekts genau einstellen und somit dem Endprodukt Konsistenz verleihen, was ein weiterer großer Vorteil ist.

Die klassischen Gele für den 3D-Druck sind aus Naturstoffen aufgebaut, zum Beispiel aus Collagen oder Algenextrakten. Mit diesen Materialien lassen sich lebende Zellen kaum vermischen, die Steifheit des Gels ist nicht einstellbar, und die Gele sind nicht für die Produktion standardisierbar. Das neue zweiteilige DNA-Gel überwindet diese Schwierigkeiten und bietet für das langfristige Ziel des Organdrucks eine Matrix, die der Empfängerorganismus des künstlichen Organs nicht abstößt.

Und Shu fügt hinzu: "Ziel ist es letztlich, Organe für die Transplantation 3D zu drucken und Alternativen zu finden, um Arzneimittel nicht mehr an Tieren testen zu müssen. In Verbindung mit unserem 3D-Drucker für lebende Zellen ist dieses Gel ein gewaltiger Schritt in Richtung eines langfristigen medizinischen Nutzens".

Angewandte Chemie: Presseinfo 05/2015

Autor: Dongsheng Liu, Tsinghua University (China)
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