TissueSpace – Erforschung textiler Fertigungs- und biophiler Fügeverfahren als Plattform-technologie zur Herstellung faserverstärkter, dreidimensionaler, biologischer Gewebeverbände

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Andreas Blaeser; Professor Dr.-Ing. Thomas Gries
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien ; Leichtbau, Textiltechnik ; Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 527466060

Auf Grund ihres hohen Wasseranteils und ihrer strukturellen und biochemischen Ähnlichkeit zur natürlichen Extrazellulärmatrix stellen Hydrogelmatrices den Goldstandard zur 3D-Kultur von lebenden Zellen im Bereich des 3D-Biodrucks und des Tissue Engineering dar. Neben den vielfältigen Vorzügen weisen sie jedoch nur eine geringe mechanische Festigkeit auf und neigen zur Deformation. Um zukünftig dennoch makroskopische Gewebeverbände zu generieren, die den mechanischen Beanspruchungen unterschiedlicher Zielgewebe (z.B. Knochen, Muskel oder Bänder) genügen, müssen neuartige Verstärkungsstrategien erforscht werden. Im Rahmen des beantragten Forschungsvorhabens sollen hierzu sogenannte Abstandsgewirke eingesetzt und mit Hilfe eines automatisierten 3D-Biodruckprozesses mit hoher Ortsauflösung mit Hydrogel-Zell-Gemischen befüllt werden. Die textile Faserverstärkung wird bereits erfolgreich im Bereich des Tissue Engineering eingesetzt. Bisher ist sie jedoch auf die Biofabrikation von planaren Gewebestrukturen (wie z.B. Herzklappen) oder dünnwandigen, zylindrischen Geweben (wie z.B. Blutgefäßen) beschränkt. Durch den Einsatz von Abstandsgewirken soll dieser erfolgreiche Ansatz nun auf die Generierung von voluminösen, dreidimensionalen Gewebeverbünden übertragen werden. Die Ergründung der komplexen Wirkzusammenhänge, die sich durch das Zusammenspiel von Fasern, offen porigen Deckflächen und Hydrogelmatrices im Sol- und Gelzustand ergeben und wie sich diese auf die mechanische Resilienz der erzeugten Hydrogel-Textil-Verbünde auswirken sind Gegenstand der beantragten Förderung. Übergeordnetes Ziel dieses Projektes ist die Gewinnung neuer Erkenntnisse über die grundlegenden Eigenschaften eines Abstandsgewirkes als Gerüststruktur zum Erhalt von hierarchischen Strukturen in 3D-biogedruckten Gewebesubstituten unter mechanischer Belastung. Es wird die Hypothese untersucht, ob durch eine Kombination des Hydrogels mit einem Abstandsgewirk die durch den 3D-Biodruck erzeugte, hierarchische Anordnung von Hydrogel und Zellen auch unter Belastung aufrechterhalten werden kann, wodurch eine Resilienz gegenüber Last-bedingter Deformation geschaffen würde. Abschließend werden die Auswirkungen unterschiedlich orientierter und funktionalisierter Fasern (Deckflächen und orthogonal angeordnete Polfäden) auf die Entwicklung und Funktionalität (Vitalität, Proliferations- und Migrationsverhalten) von 3D-Zellkulturen (Mono- und Kokultur) ergründet. Durch eine erfolgreiche Beforschung der skizzierten Interaktionen zwischen Fasern, Hydrogelen und lebenden Zellen kann eine neue Plattformtechnologie etabliert werden. In Zukunft kann diese zur lastgerechten Auslegung und gezielten Herstellung einer neuen Generation von Gewebesubstituten genutzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen