Biofabrikation
Die Verbindung von Material und lebender Zelle zur Herstellung von biologisch funktionellen Gewebestrukturen - das ist die zentrale Idee der Biofabrikation. Wissensgebiete aus Chemie, Biologie, Physik und Maschinenbau treffen in diesem Forschungszweig aufeinander.
Die Herstellung dreidimensionaler Strukturen ist in der Biofabrikation unerlässlich, um das natürliche Verhalten und die physiologische Funktion der enthaltenen Zellen zu simulieren. Herkömmliche, einlagige Kulturbedingungen können diese Aspekte nur unzureichend widerspiegeln. Der Fortschritt dreidimensionaler Fertigungsverfahren ermöglicht es, eine Umgebung zu schaffen, die die Zellmatrix und Architektur von natürlichem Gewebe simuliert, und somit funktionale, biologische Strukturen in vitro zu generieren.
Die Materialanforderungen für die Herstellung dieser gewebeähnlichen Strukturen sind umfangreich: Neben der Eignung für den entsprechenden Herstellungsprozess ist eine hohe Zellverträglichkeit sowie eine geeignete Oberfläche für Zellanhaftung gefordert. Mechanische und rheologische Ansprüche des spezifischen, nachzubildenden Gewebes müssen gleichermaßen erfüllt sein.
Die resultierenden biohybriden Konstrukte zeigen großes Potential in der Implantatforschung und im Rahmen regenerativer Therapieansätze. Des Weiteren eignen sie sich als Gewebetestmodelle, die in pharmazeutischen und kosmetischen Anwendungen zur Reduzierung von Tierversuchen beitragen.
Biofabrikation am Lehrstuhl für Lasertechnik LLT
Am Lehrstuhl für Lasertechnik der RWTH Aachen steht die Biofabrikation mittels Laser-gestützter Fertigungsprozesse im Fokus. Der Laser als präzises Werkzeug erlaubt dabei den Strukturaufbau in der Größenordnung der Zellen und bietet einzigartige Möglichkeiten im Zellhandling, vom Übertrag von hohen Zelldichten und Sphäroiden bis hin zum positionsgenauen Einzelzelltransfer.
Anwendung finden dabei Verfahren des Laser-assisted Bioprinting, in denen zellhaltige Biotinten verdruckt werden, sowie Lithographie-basierte Verfahren zur Herstellung von Scaffolds, die anschließend mit Zellen besiedelt werden. In enger Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut für Lasertechnik ILT werden sowohl die Laser-Materie-Interaktion in den jeweiligen Druckprozessen untersucht als auch neuartige Hydrogel- und Polymerformulierungen für den biokompatiblen 3D-Druck entwickelt und erprobt. Zusätzliche biologische Untersuchungen konzentrieren sich dabei auf Eingliederung der Zellen in den Druckprozess und die Zellbesiedlung der Scaffolds, sowie auf das Zellverhalten und die Reifung der biohybriden Konstrukte unter dynamischen Kulturbedingungen.