3D-Druck von Biotinten einschließlich lebender Zellen

3D-Druck ist ein vielseitiges Verfahren für die flexible Erzeugung von Prototypen sowie die additive Fertigung komplexer Strukturen. Aufgrund der hohen Positioniergenauigkeit eignet sich 3D-Druck sehr gut zur Verarbeitung von zellbeladenen Biotinten. Lebende Zellen können damit sehr präzise positioniert werden und so ist es möglich für das Tissue Engineering Implantate mit lebenden Zellen herzustellen.

Die Biotinten bestehen hauptsächlich aus Biopolymeren, die zur chemischen oder physikalischen Gelbildung fähig sind. Sie stellen eine zellfreundliche Umgebung bereit und schützen die Zellen während des Druckvorgangs, um so Lebens- und Funktionsfähigkeit aufrecht zu erhalten.

Während des Extrusionsprozesses können die Zellen in der Druckerdüse unterschiedliche Strömungskinematiken einschließlich örtlicher Variationen der Deformation bzw. Deformationsraten erfahren. Dies führt zu unterschiedlichen Zug- oder Scherspannungen, die die Zellen schädigen können. Das Ausmaß der Beschädigung hängt von der Strömungskinematik und den entsprechend auftretenden mechanischen Belastungen ab. Folglich sind Spritzen- und Düsengeometrie  sowie die rheologischen Eigenschaften der Tinte wichtige Einflussfaktoren. Ferner kann das Ausmaß der Schädigung auch von Zelltyp zu Zelltyp variieren. Die Folgen der Belastung können direkt nach dem Drucken oder zu einem späteren Zeitpunkt während der Kultivierung der Zellen auftreten. Häufig werden beispielsweise tote Zellen, Verlust metabolischer Funktionen oder der Differenzierungsfähigkeit beobachtet.
Tissue Engineering durch 3D-Druck ist eine vielversprechende Technik für die regenerative Medizin, deren Potential bisher nur teilweise erforscht ist. Ziel dieses Projekts ist die detaillierte Untersuchung der beim 3D-Druck von Zellen wirkenden mechanischen Spannungen, um daraus Strategien zur Optimierung der Zelllebensfähigkeit und zum erfolgreichen 3D-Druck von Scaffolds mit lebenden Zellen abzuleiten.