Biofabrikation von künstlichen Blutgefäßen mit Laserlicht
Laserbasiertes Verfahren ermöglicht Aufbau in vitro gezüchteter Vollhaut.
Mit der Entwicklung eines künstlichen, durchbluteten dreilagigen Hautmodells stößt das EU-Forschungsprojekt ArtiVasc 3D in eine neue Dimension vor. Ein interdisziplinäres Forscherteam unter Führung des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT entwickelte ein 3D-Druckverfahren zu Herstellung von künstlichen verzweigten Blutgefäßen aus neuartigen Materialen. Damit schufen sie die Grundlagen, um ein Vollhautmodel in weit größeren Schichtdicken als bisher zu kultivieren.
Abb.: Künstliches, verzweigtes Blutgefäß. (Bild: Fh.-ILT)
Bisher ist es nur möglich, die oberen Schichten der Haut, Epidermis und Dermis mit einer Gesamtdicke von bis zu zweihundert Mikrometern außerhalb des menschlichen Körpers zu kultivieren. Zu einem vollständigen Hautsystem gehört aber auch die mehrere Millimeter dicke Subcutis. Will man die Subcutis mitzüchten, sind versorgende Blutgefäße zwingend notwendig. Genau hier setzt ArtiVasc 3D an, das sich zum Ziel gesetzt hat, durch die Entwicklung künstlicher Blutgefäße die in vitro Kultivierung deutlich komplexerer Gewebe zu ermöglichen.
Eine der größten Herausforderungen war es, das richtige Material für die Herstellung der künstlichen Blutgefäße zu entwickeln. Die richtigen mechanischen Eigenschaften und volle Biokompatibilität sowie die Prozessierbarkeit sind Grundvoraussetzungen für den Einsatz im menschlichen Körper. Denn die künstlichen Gefäße müssen von Endothelzellen und Pericyten besiedelt werden können. Um diese Eigenschaften zu erzeugen, kombinierten die ILT-Wissenschaftler die Freiform-Verfahren Inkjet-Printing und Stereo-Lithographie miteinander. Mit diesem Kombi-Verfahren gelang es, eine sehr feine Auflösung zum Aufbau verzweigter, poröser Blutgefäße mit Schichtdicken von etwa zwanzig Mikrometern zu erreichen.
Die Daten für den Aufbau der verzweigten Strukturen für eine gleichmäßige Blutversorgung wurden mit Hilfe mathematischer Simulationen erarbeitet. Die Verwendung des im Projekt entwickelten akrylatbasierten synthetischen Polymers ermöglicht den Aufbau der optimierten Gefäße mit einem Porendurchmesser der Größenordnung von hundert Mikrometern. Gegenüber herkömmlichen Verfahren bietet das ArtiVasc 3D-Verfahren erstmalig die Rahmenbedingungen, kontrolliert verzweigte und biokompatible Gefäße in dieser Dimension herzustellen. Die Ergebnisse sind eine Vorstufe zu einer vollautomatisierten Prozesskette für die Herstellung künstlicher Blutgefäße, die sich auch in bestehende Linien integrieren lässt.
Das Prinzip der Durchblutung mittels artifizieller Blutgefäße könnte in Zukunft auch den Aufbau größerer Strukturen wie ganzen Organen ermöglichen. Für in vitro gezüchtete Vollhaut gäbe es vielfältige Anwendungen: schnelle Hilfe bei großflächigen Hautverletzungen wie Verbrennungen oder nach Tumorresektionen sowie als Ersatzmodell zur Vermeidung von Tierversuchen in der Pharmaindustrie.
ILT / RK
