Anwendung additiver Fertigungstechnologien zur Realisierungmedizinisch relevanter Kokulturen aus Säugerzellen und Mikroalgen
Projektleiterin: Dr. Anja Lode
Projektbearbeiterin: Dipl.-Ing. Sophie Dani
Kooperationspartner: Dr.-Ing. Felix Krujatz, Institut für Naturstofftechnik, Technische Universität Dresden
Projektlaufzeit: 1. 8. 2019 – 31. 1.2023
Projektbeschreibung:
Die Wiederherstellung verlorengegangener Gewebefunktionen durch Transplantation von Zellen, häufig in Kombination mit matrixbildenden Biomaterialien, ist ein vielversprechender Behandlungsansatz für verschiedenste Erkrankungen und Gewebedefekte. Der Erfolg einer zellbasierten Therapie hängt jedoch entscheidend von der Versorgung der Zellen v. a. mit Sauerstoff nach der Implantation ab. Im Bereich des Tissue Engineering wird vorwiegend an der Entwicklung von Strategien für eine schnelle Revaskularisierung geforscht. Es gibt aber auch Ansätze, die den Kontakt der implantierten Zellen mit Komponenten des Immunsystems im Blut umgehen, um Abstoßungsreaktionen zu vermeiden, und daher alternative Strategien zur Sauerstoffversorgung erfordern. Ein Beispiel mit großer klinischer Relevanz ist die allogene (potenziell auch xenogene) Transplantation von pankreatischen Langerhans-Inseln bei Diabetes Typ 1 Patienten. In ersten Kurzzeit-Experimenten konnte das große Potenzial der Nutzung von photosynthetisch aktiven Mikroalgen zur Deckung des hohen Sauerstoffbedarfs von pankreatischen Inseln demonstriert werden.
Im Projekt werden Kokulturen aus Photosynthese-aktiven Mikroalgen und Säugerzellen mit Hilfe des Bioprinting realisiert: durch Anwendung der additiven Fertigungstechnologie 3D-Plotten zur Formgebung sollen die Vorteile einer räumlich definierten Anordnung der verschiedenen Zelltypen in einer strukturierten Hydrogelmatrix mit definierter Geometrie genutzt werden. Darüber hinaus wird ein Bioreaktorsystem mit Lichteinkopplung und integrierter Sauerstoffsensorik entwickelt, das eine bedarfsgerechte Regelung der Photosynthese-Aktivität in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration erlaubt. Mit dem zu entwickelnden Kokultur/Bioreaktor-System sollen die Grundlagen geschaffen werden, um die Wechselwirkung zwischen den verschiedenen Zelltypen, den Einfluss der Sauerstoffkonzentration auf die Zellen und den Sauerstofftransport zwischen den Kompartimenten systematisch untersuchen zu können. Langfristiges Ziel ist es, eine effiziente und langanhaltende Versorgung von Säugerzellen mit photosynthetisch erzeugtem Sauerstoff zu erreichen.