Matrixengineering auf der Basis multiskaliger 3D-Druck Techniken
Steckbriefe verfügbarer Systeme und Methoden
Die Relevanz innovativer Materialkonzepte und Strukturierungsverfahren für die dreidimensionale Zellkultivierung ist inzwischen wissenschaftlicher Konsens. Nur durch die konsequente Substitution der immer noch verbreiteten zweidimensionalen Zellkultivierung durch innovative 3D-Technologien können grundlegende Mechanismen im nativen Gewebe in vitro abgebildet werden. In der Konsequenz führen diese Entwicklung zu einem Benefit in der Grundlagenforschung, in Ansätzen für patientenindividuellen Gewebeersatz und zu erheblich aussagekräftigeren Disease Modellen. Letztere besitzen das enorme Potenzial, nicht nur deutlich schnellere Fortschritte bei der Erforschung von Pathomechanismen zu machen, sondern werden auch und vor allem eine effizientere Wirkstoffentwicklung und -Testung ermöglichen, was nicht zuletzt auf dem Gebiet der pharmazeutischen Forschung und Entwicklung eine sichtbare Einsparung von Tierversuchen mit sich brächte.
Ein Punkt, der einem schnellen Technologietransfer von der Forschung in die Anwendung derzeit hemmend entgegen steht, ist die noch defizitäre Vergleichbarkeit der verfügbaren Konzepte und technologischen Lösungen. Einer enormen Anzahl innovativer Material- und Strukturierungsplattformen, vor allem aus deutschen Arbeitsgruppen, stehen relativ schlecht standardisierte und somit nur eingeschränkt vergleichbare Methoden der Charakterisierung a) der Materialien und b) der Strukturierungsprozesse entgegen.
Das iba e.V. beschäftigt sich seit vielen Jahren konsequent und intensiv sowohl
- mit der Materialentwicklung für matrixgestützte 3D-Zellkultivierung
- mit der Verfahrensentwicklung für multiskalige Matrices
- mit der Biologisierung der entsprechenden Matrices sowie
- mit der Methodenentwicklung und -evaluierung zur Charakterisierung von Materialien und Strukturen
Dabei kann das Institut auf ein breites Spektrum an Synthesestrategien zur Herstellung bioaktiver Materialien für den 3D-Druck, Strukturierungsverfahren vom nm-Maßstab bis in den cm-Maßstab sowie auf umfangreiche chemische, biochemische, biomechanische, strukturklärende und biologische Analysemethoden zurückgreifen.
Die folgende Tabelle enthält die Verfahren, deren geräteseitige Untersetzung sowie eine Ausschlüsselung der bislang evaluierten bzw. in Evaluierung befindlichen Materialsysteme und die erreichbaren Auslösungen der am iba e.V. vorhandenen bzw. zum Einsatz kommenden Strukturierungstechnik.
Die Biomaterialplattformen des iba e.V. konzentrieren sich darauf, Materialkonzepte für skalenübergreifende 3D-Druck-Techniken bereitzustellen. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Kombination einzelner Materialsysteme um eine methodische Kopplung mehrerer 3D-Druck-Techniken zu ermöglichen.
Die geräteseitige Untersetzung der (Bio)mechanischen Testsysteme ist darauf ausgelegt, die viskoelastische Materialcharakterisierungen skalenübergreifend zu erlauben. Dabei zielt die methodische Unterlegung darauf, einerseits eine hohe Ortsauflösung sicherzustellen, andererseits aber auch auf mehreren Skalenebenen Kräfte zu applizieren, um sowohl biologische Systeme als auch artifizielle Matrixmaterialien charakterisieren zu können.
Zur Strukturanalyse stehen am iba e.V. sowohl diverse oberflächensensitive als auch volumensensitive Methoden zur Verfügung. Das Ziel ist es, strukturelle Einflussgrößen auf eine biologische Systemantwort skalenübergreifend quantifizierbar zu machen, sowie natürliche und artifizielle biologische Systeme zu charakterisieren.
