Entwicklung von funktionellem bioartifiziellem Gewebe
Die Entwicklung von biologisch funktionsfähigen Geweben, die unsere Haut nachahmen, erfordert eine Gefäßversorgung zur erfolgreichen Ernährung der und Sauerstoffzufuhr zu den Zellen. Das von der EU unterstützte Projekt ARTIVASC 3D (Artificial vascularized scaffolds for 3D-tissue-regeneration) hat ein vollständig vaskularisiertes künstliches biologisches Gewebes mit Fett-, Haut- und Epidermisschichten entwickelt. Die Forscher wandten dem neuesten Stand der Technik entsprechende Fertigungstechniken wie etwa Drucken im Mikromaßstab, Multiphotonenpolymerisation im Nanomaßstab und Elektrospinnen zum Aufbau von Scaffolds und Blutgefäßen an. Neben Studien zur biochemischen Oberflächenmodifizierung und komplexen Zellkultur könnten auf diese Weise geeignete Prototypen mit automatisierter und genormter Fertigungstechnologie entwickelt werden. Im ersten Teil des Projekts wurde ein technisches Datenblatt für das Gefäßgerüst (Scaffold) erstellt und es wurde in Hinsicht auf Material, Bioreaktor und Gerüstzusammensetzung definiert. Nach Versuchen mit mehr als 40 Formulierungen wurden die Materialien auf Basis der Biokompatibilität, Elastizität und Viskosität in die engere Wahl genommen. Den Wissenschaftlern gelang die Fertigstellung von Zytokompatibilitätstests für 18 verschiedene Materialien, wobei mindestens ein Material aus jeder Gruppe die zytotoxischen Tests bestand. Projektmitglieder entwickelten eine Diffusionsmessbank zur Modellierung und Optimierung eines Hydrogel-Scaffolds. Der Konzipierung und Optimierung des künstlichen 3D-Blutgefäßsystems dienten die computergestützte Simulation der Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics, CFD) und automatisiertes computergestütztes Design. Parallel dazu entwickelten die Projektpartner ein inverses Elektrospinnverfahren, mit dem in kürzeren Zeiträumen ein dickeres Geflecht hergestellt werden kann. Kombinationen aus Hydrogel- und Elektrospinnmaterialien wiesen in Versuchen gute Adhäsion und Handhabung auf. Experimente an Mausmodellen belegten, dass Gefäß- und Fettzellen in das künstliche Scaffold einwachsen können. Es gelang, dreidimensionale Zellsphäroide aus Präadipozyten zu erzeugen, sowie Methoden für die Biofunktionalisierung zu entwickeln. Die Partner demonstrierten, dass dieses künstliche dreischichtige Gewebemodell dem natürlichen Gewebe gleichende Charakteristiken aufweist. In abschließenden Versuchen des Projekts wurden die verzweigten Gefäßstrukturen mit Erfolg in Fettgewebe eingebracht, wobei die umgebenden Zellen für mehrere Tage überlebten. Mit den Errungenschaften dieses Projekts kommt das Bioengineering der Erzeugung von natürlicher Haut ähnelnden, vaskularisierten und biofunktionalisierten künstlichen Gerüsten einen Schritt näher. Von Bedeutung ist dieser Schritt für den biomedizinischen und pharmazeutischen Sektor. Auch befindet man sich hier im Einklang mit der EU-Direktive zur Verringerung oder Ersetzung von Tierversuchen durch alternative Methoden.
Schlüsselbegriffe
künstliches biologisches Gewebe, Vaskularisierung, Gefäßneubildung, ARTIVASC 3D, vaskulares Scaffold, Gefäßgerüst, Gewebemodell mit drei Schichten, dreischichtiges Gewebemodell
