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Vortrag (20 Min., 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Gedruckte Biomaterialien am Beispiel von Hydrogelen mit zonal unterschiedlichen Quellbarkeiten

Freitag (20.09.2019)
11:30 - 12:00 Uhr Rotterdam
Bestandteil von:


Ziel der Biofabrikation ist es reife Gewebeäquivalente zu erzeugen. Das Bioprinting nutzt additive Verfahren um solche Gewebeäquivalente durch ein gezieltes Platzieren von Zellen und Biomaterialien schichtweise zu generieren. Daraus ergeben sich komplexe Anforderungen an die prozessierte Biotinte, da sie einerseits biokompatibel sein muss, und andererseits für den Druckprozess geeignete Eigenschaften (Viskosität, Oberflächenspannung) besitzen sowie schließlich die Materialeigenschaften des gedruckten Gewebeäquivalents bestimmen soll. [1,2]

In diesem Beitrag stellen wir zonal strukturierte Hydrogele vor, die mittels Bioprinting gefertigt wurden. Die dafür verwendeten Biotinten basierten auf photo-vernetzbaren, methacryl- und acetyl-modifizierten Gelatinen (GMA) mit unterschiedlichen Modifizierungsgraden, sodass durch Wahl des Gelatinederivats die Vernetzungsdichte der resultierenden Hydrogele eingestellt werden konnte. Die Wasseraufnahmekapazität der Gele wurde zusätzlich durch Zugabe unterschiedlicher Anteile an methacryl-modifiziertem Chondroitinsulfat (CSM) und methacryl-modifizierter Hyaluronsäure (HAM) moduliert. Die Biotintenwaren für die Verarbeitung mit einem Dispenser geeignet. Durch Schichtung unterschiedlich zusammengesetzter Biotintenwurden konnten zonal strukturierte Hydrogele mit gegenläufigen Quellbarkeitsgradienten aufgebaut werden.

Mit den Biotinten wurden weiterhin porcine Knorpelzellen verdruckt und der Einfluss des Bioprintings und der UV-Vernetzung der Tinten auf die Zellen untersucht. Der Bioprinting-Prozess konnte so angepasst werden, dass die Vitalität der Zellen >80 % und die gedruckten Schichten stabil waren. Über die Dauer der 28-tägigen Kultivierung der zellhaltigen Hydrogele konnte außerdem die Synthese von Glykosaminoglykanen und Kollagen Typ II durch die verkapselten Chondrozyten nachgewiesen werden. [3]

 

[1] Hoch et al., Chemical tailoring of gelatin to adjust its chemical and physical properties for functional bioprinting J Mater Chem B 2013, 1, 5675-568.

[2] Horch et al., Handchirurgie Mikrochirurgische Plastische Chirurgie, 2018, 50(02), 93-100.

[3] Stier et al., Advanced formulation of methacryl and acetyl-modified biomolecules to achieve independent control of swelling and stiffness in printable hydrogels, J Mater Chem B  2019, accepted for publication.

Sprecher/Referent:
Dr. Achim Weber
Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
Weitere Autoren/Referenten:
  • Lisa Rebers
    Universität Stuttgart
  • Dr. Eva Hoch
    Universität Stuttgart
  • Dr. Kirsten Borchers
    Universität Stuttgart
  • Sandra Stier
    Fraunhofer IGB
  • Veronika Schönhaar
    Fraunhofer IGB