Technologie nach dem Vorbild der Natur beschleunigt das Wachstum von lebendem Gewebe
Die Natur hat den Aufbau von lebendem Gewebe über Milliarden von Jahren perfektioniert – die Erkenntnisse eines bahnbrechenden EU-finanzierten Projekts beschleunigen diesen Prozess jedoch nun im Labor. PRISM-LT(öffnet in neuem Fenster), eine auf fünf Jahre angelegte, bis 2027 laufende Initiative, hat eine innovative 3D-Biodruck-Plattform entwickelt, mit der sich komplexes lebendes Gewebe aus Stammzellen herstellen lässt. Im Mittelpunkt der Innovation steht das Konzept der „Engineered Living Materials“ (ELM), bei dem lebende Zellen, die auf eine Weise wachsen, reagieren und sich an ihre Umgebung anpassen können, auf eine Weise genutzt werden, die mit herkömmlichen statischen Materialien nicht möglich ist.
Ein symbiotischer Biodruck-Ansatz
Das PRISM-LT-Team ist über herkömmliche Biodruck-Methoden hinausgegangen, die oftmals mit der Aufrechterhaltung der Lebensfähigkeit der Zellen und deren Entwicklungssteuerung zu kämpfen haben. Anstatt einen kontinuierlichen Strom aus Bio-Tinte zu drucken, arbeitet das Forschungsteam mit eingekapselten lebenden Bausteinen. Diese winzigen Kapseln enthalten Stammzellen sowie einen gelartigen Zellträger und gentechnisch veränderte Hilfsmikroorganismen wie Hefe oder Bakterien. Diese Mikroorganismen fungieren als biologische Leitsterne. Sie erkennen, wann die Entwicklung der Stammzellen zu Knochen-, Fett- oder Muskelgewebe beginnt, und reagieren darauf mit der Freisetzung spezifischer Wachstumsfaktoren, die diesen Vorgang leiten und aufrechterhalten. Diese symbiotische Beziehung schafft ein selbstregulierendes System, in dem die Mikroben nur während der anfänglichen Differenzierungsphase aktiv bleiben, was belastbare und konsistente Ergebnisse gewährleistet, ohne die langfristige Gewebeentwicklung zu beeinträchtigen. Das Herstellungsverfahren mit einer Dauer von nur wenigen Minuten bis zu einer Stunde gefolgt von einer dreiwöchigen Reifezeit ist erstaunlich schnell. Das Team stellt derzeit etwa einen Quadratzentimeter dünnes Gewebe her, arbeitet jedoch aktiv daran, die Produktion auf Blöcke von einem Kubikzentimeter auszuweiten. Die größte Herausforderung besteht nach wie vor darin, eine stabile Umgebung für Organismen zu schaffen, die von Natur aus nicht zusammenleben, um etwa Hefe und Stammzellen zu nennen. Das Projekt hat jedoch erfolgreich unter Beweis gestellt, dass diese durchführbare Symbiose die Bildung komplexer Gewebe voranbringen kann.
Anwendungspotenzial von der Leukämieforschung bis zu Zuchtfleisch
Die Plattform wird derzeit in zwei unterschiedlichen Anwendungsbereichen erprobt. Im biomedizinischen Sektor zielt PRISM-LT darauf ab, 3D-Knochenmarkmodelle zu erstellen, die die Schnittstelle zwischen Knochen- und Fettgewebe nachbilden. Diese Modelle werden als wichtige Werkzeuge für die präklinische Forschung dienen, insbesondere zur Untersuchung von Medikamenten gegen Erkrankungen wie Leukämie und zur Förderung der personalisierten Medizin. Das Projekt befasst sich zudem mit einer großen Herausforderung in der Lebensmittelindustrie: der Textur von Zuchtfleisch. Den meisten im Labor gezüchteten Fleischprodukten gelingt es nicht, die natürliche Marmorierung von echtem Fleisch nachzubilden, die für die Akzeptanz unter der Verbraucherschaft entscheidend ist. Laura Martinelli, Geschäftsführerin des italienischen Forschungsunternehmens INsociety, welches Projekt PRISM-LT koordiniert, hebt in einem Artikel der Zeitschrift „Horizon, The EU Research & Innovation Magazine“(öffnet in neuem Fenster) die Bedeutung dieser Errungenschaft für den Lebensmittelsektor hervor: „Dank unserer Biodruck-Technologie können wir bei alternativem Fleisch die richtige Textur erzielen, was die Möglichkeit zur Vermarktung dieser Produkte eröffnet.“ Abgesehen vom technischen Erfolg arbeitet PRISM-LT (PRInted Symbiotic Materials as a dynamic platform for Living Tissues production) mit Aufsichtsbehörden wie der Europäischen Arzneimittelagentur zusammen, um den Rechtsrahmen für diese lebenden Materialien abzustecken. Auch wenn eine Anwendung in der realen Praxis noch in weiter Ferne liegt, hat PRISM-LT die Machbarkeit einer flexiblen, nachhaltigen Methode zur Herstellung lebender Gewebe unter Beweis gestellt und somit einen Beitrag für revolutionäre Neuerungen in der Gesundheitsversorgung und in den Ernährungssystemen der Zukunft geleistet. Weitere Informationen: PRISM-LT-Projektwebsite(öffnet in neuem Fenster)
