Erstmals 3D-Druck komplexer Bio-Strukturen möglich
Kooperation von UpNano und BIO INX: Zweistufiges 3D-Drucken von Organ-on-Chip-Modellen mit eingekapselten lebenden Zellen ist möglich
Mit Einführung eines neuen biokompatiblen Hydrogelharzes beginnt eine neue Ära im Bioprinting. Das neuartige Harz ermöglicht den 2-Photonen-Polymerisation (2PP) 3D-Druck von der Mikro- bis zur Mesoskala bei höchster Auflösung. Die Reaktivität und die einfache Verarbeitung des Materials ermöglichen die Herstellung komplexer und vielseitiger Organ- oder Lab-on-chip-Designs. Diese neue Bio-Material namens Hydrotech INX© U200 wurde vom Materialspezialisten BIO INX (Belgien) in Zusammenarbeit mit UpNano (Österreich) entwickelt. Die Ergebnisse dieser Zusammenarbeit ermöglichen es nun, durch die intelligente Kombination mehrerer biokompatibler Materialien Konstrukte mit bisher unerreichter Komplexität zu drucken. Gemeinsam mit dem zellkompatiblen Hydrogel Hydrobio INX© U200 auf Gelatinebasis, dem ersten kommerziell erhältlichen hochauflösenden Bio-Material mit Zellinteraktivität, ermöglicht das neu eingeführte Harz so die Herstellungvielseitiger Modelle auf einem Chip.
Die ständig wachsenden Möglichkeiten des Bioprinting werden erst durch stete Weiterentwicklungen der 3D-Bioprinting-Technologien möglich. Dabei zeichnet sich der 2-Photonen-Polymerisations-3D-Druck (2PP) dadurch aus, dass er das gesamte Spektrum biologischer Dimensionen mit einer Drucktechnologie abdeckt: Submikrometer-Auflösung in Kombination mit der Fähigkeit, Objekte in Zentimeter-Dimensionen (Makro-Skala) zu drucken. Dieses beeindruckende Potenzial wurde nun durch eine Reihe von Bio-Materialien erweitert, die gemeinsam von BIO INX, dem Spezialisten für 3D-Bioprinting-Materialien, und UpNano, dem führenden Hersteller von 2PP-3D-Druckern, entwickelt wurden.
Makrostrukturen mit Mikrometer-Präzision
Mit Markteinführung von Hydrotech INX© U200 demonstrieren die beiden Unternehmen ihren Erfolg bei der Entwicklung eines vielseitigen Materials, das den 2PP-3D-Druck von Makrostrukturen mit Mikrometer-Präzision ermöglicht. Das Material wurde nach ISO 10993-5 zertifiziert, was seine ausgezeichnete Biokompatibilität bestätigt. Jasper Van Hoorick, CEO von BIO INX, kommentiert: „In Kombination mit der Tatsache, dass das Material vollständig bio-inert ist, machen seine robusten Eigenschaften Hydrotech INX© U200 zur idealen Wahl für Organ-on-Chip-Anwendungen.“
Um das volle Potenzial des neuartigen Bio-Materials zu nutzen, ist jedoch ein moderner, hochauflösender 3D-Drucker erforderlich. Hier bietet die NanoOne 2PP-Druckerreihe von UpNano die derzeit beste Wahl. Der NanoOne ist das schnellste hochauflösende 3D-Drucksystem auf dem Markt. Er basiert auf Multiphotonenlithographie und kombiniert die Präzision von 2PP mit einem unübertroffenen Durchsatz von bis zu 450 mm³ pro Stunde. Darüber hinaus ist der NanoOne Bio speziell für den Druck mit lebenden Zellen und unter sterilen Bedingungen geeignet –und damit ein kongenialer Partner für die anspruchsvollste Aufgabe im Bioprinting: die Herstellung komplexer 3D-Gerüste für Zellkulturen bei gleichzeitiger Einbettung lebender Zellen in diese Strukturen in einem einfachen Setup.
Komplexes Design – einfache Produktion
„Die Kombination dieser Schritte ist jetzt einfach geworden“, erklärt Denise Hirner, COO und Mitgründerin von UpNano. „Alles, was es braucht, ist die Nutzung des NanoOne Bio in Kombination mit den beiden Bio-Materialien:Hydrotech INX© U200 für die inerte Struktur und Hydrobio INX© U200 für lebende Zellen in 3 Dimensionen.“ Während das Hydrotech-Bio-Material für die hochauflösende Herstellung von bio-inerten, aber biokompatiblen Mikrostrukturen optimiert ist, ist das Hydrobio-Bio-Material ein wasserlösliches, natürliches Hydrogel, das den direkten Transfer von Zellkulturen aus 2D-Kulturplatten in komplexe 3D-Strukturen ermöglicht. Es wurde speziell für die Verkapselung verschiedener Zelltypen entwickelt und ermöglicht so die Herstellung komplexer 3D-Mikrogewebe.
Die Herstellung von Labs-on-a-Chip wird nun nicht nur mit einer noch nie dagewesenen Präzision möglich sein, sondern auch mit direkt eingebetteten lebenden Zellen – was Zeit spart und die Aussagekraft der Ergebnisse verbessert. Oberflächenstrukturen, die natürlichen Geweben ähneln (biomimetische Strukturen), wie z. B. Leberläppchen oder Darmzotten, können nun in einem mikrofluidischen Kanal auf einem Chip erzeugt und anschließend direkt mit lebenden Zellen in verschiedenen Dichten besiedelt werden.
Durch die Kombination ihrer jeweiligen Kompetenzen im Bereich der Materialentwicklung und des 2PP-3D-Drucks heben BIO INX und UpNano so die Möglichkeiten des Bioprinting auf ein neues Niveau und werden dies auch weiterhin tun.
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