Forscher haben tiefe Wunden mit 3D-Biodruck erfolgreich geheilt

Forscher aus der Universität Birmingham und das Universität Huddersfield, UK, haben ein neues 3D-Biodruckverfahren entwickelt, mit dem chronische Wunden behandelt werden können.

Der Ansatz mit dem Namen Suspended Layer Additive Manufacturing (SLAM) ermöglicht den Druck eines neuartigen Biomaterials, das die Struktur der Säugetierhaut genau simuliert.

Tatsächlich ist das Biomaterial laut den Forschern das erste seiner Art, das alle drei Hauptschichten der Haut simuliert – die Unterhaut, die Dermis und die Epidermis – was es zu einem einzigartigen dreischichtigen Hautäquivalent macht. Frühe Experimente deuten darauf hin, dass die 3D-biogedruckte Haut an der Stelle einer Wunde platziert werden kann, um die Heilung zu induzieren und dabei Narbengewebe zu reduzieren.

Additive Fertigung mit suspendierten Schichten (SLAM). Bild ĂĽber University of Birmingham.

Haut – drei Schichten tief

Obwohl unsere Haut oberflächliche Schnitte sehr gut heilen kann, stellen tiefere chronische Wunden oft eine größere Herausforderung dar, sie zu reparieren. Dies liegt daran, dass unsere Haut tatsächlich aus drei verschiedenen Schichten besteht und die obere Schicht dazu neigt, schneller zu heilen als die unteren Schichten, was dazu führt, dass tiefere Wunden manchmal in sich zusammenfallen. Das Ergebnis ist Narbengewebe und eine Einschränkung der normalen Hautfunktion.

Medizinische Forscher versuchen seit einiger Zeit, genaue Hautersatzstoffe zu entwickeln, aber das britische Team bestätigt, dass keines dieser Hautmodelle in der Lage war, sowohl die chemischen als auch die mechanischen Eigenschaften der echten Haut zu simulieren. Das Problem? Die Nachahmung der dreischichtigen Struktur hat sich als schwierig erwiesen, da sich jede Schicht in ihren Eigenschaften stark unterscheidet.

„Sie haben effektiv drei verschiedene Zelltypen. Sie wachsen alle mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten“, erklärt Alan Smith, Co-Autor der Studie. „Wenn Sie versuchen, dreischichtige Strukturen herzustellen, kann es sehr schwierig sein, alle Anforderungen jeder einzelnen Schicht zu erfüllen.“

Die Unterhaut, die Dermis und die Epidermis.  Bild ĂĽber University of Birmingham.
Die Unterhaut, die Dermis und die Epidermis. Bild ĂĽber University of Birmingham.

Additive Fertigung fĂĽr suspendierte Schichten

Um die natürliche Struktur der Haut besser nachzuahmen, setzten die Forscher SLAM ein. Bei der Bioprinting-Technik werden Biomaterialschichten in einem Gel suspendiert, wo sie angeordnet und zu Streifen gestapelt werden können, während ihre Bildung beibehalten wird. Im Fall der vorliegenden Studie lagerten die Forscher Hypodermis-, Dermis- und Epidermiszellen in das Stützgel ein, bevor sie das Gel wegspülten, so dass nur das geschichtete Hautäquivalent zurückblieb.

Um das gedruckte Hautpflaster zu testen, schnitt das Team dann ein Loch in eine Probe von Schweinehaut und füllte das Loch mit dem gedruckten Hautäquivalent. Das gesamte Modell wurde über einen Zeitraum von zwei Wochen kultiviert und die Forscher beobachteten tatsächlich Anzeichen einer Reparatur in der Wunde.

„Wir haben eine Färbung verwendet, mit der wir die Integration zwischen Originalmaterial und Gewebe quantifizieren konnten“, fügte Liam Grover, Co-Autor der Studie, hinzu. „Wir konnten bereits nach kurzer Zeit eine gewisse Integration nachweisen.“

Obwohl das Team die Wirksamkeit des 3D-gedruckten Hautersatzes nicht vollständig beurteilen konnte, da der Heilungsprozess länger dauerte, als das Modell zulässt, sind die ersten Ergebnisse in der Tat sehr vielversprechend. Die britischen Forscher beabsichtigen nun, eine längere Untersuchung mit robusteren Modellen für chronische Wunden durchzuführen, mit dem ultimativen Ziel, dreischichtige Hautersatzstoffe in 3D zu drucken, die echte menschliche Haut heilen können.

Weitere Details der Studie finden Sie in der Arbeit mit dem Titel ‘Ein additiver Fertigungsansatz fĂĽr suspendierte Schichten fĂĽr das Bioprinting von dreischichtigen Hautäquivalenten‘.

Das 3D-Biodruck-Ă„quivalent der Haut (links).  Bild ĂĽber University of Birmingham.
Das 3D-Biodruck-Ă„quivalent der Haut (links). Bild ĂĽber University of Birmingham.

Der Bereich Bioprinting ist ein schnell wachsender Bereich mit Anwendungen in allen Bereichen von der regenerativen Medizin und der Wirkstoffforschung bis hin zu Lebensmitteln. Erst kürzlich hat ein Biotechnologieunternehmen Prellis Biologics hat die Schaffung einer neuartigen Antikörper-Entdeckungsplattform auf Basis des 3D-Biodrucks angekündigt. Die Plattform des Unternehmens ist effektiv ein funktionierendes Immunsystem in einem Gericht und in der Lage, menschliche Zell-zu-Zell-Interaktionen und Immunreaktionen nachzubilden, was sie ideal für die Durchführung von Forschung und Entwicklung im Bereich der Krankheitstherapie macht.

Anderswo, Unternehmen für regenerative Medizin CTIBIOTECH hat vor kurzem eine neue 3D-Biodruckplattform entwickelt, um Patienten mit Dickdarmkrebs personalisierte Medizin bereitzustellen. Entwickelt in Zusammenarbeit mit dem Medizinische Universität Plovdiv und dem UMHAT-Eurohospital in Bulgarien ist die Plattform in der Lage, kostengünstige und reproduzierbare humane Dickdarmkrebs-Krankheitsmodelle zu erstellen und kann auch für chemotherapeutisches Screening verwendet werden.

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Das vorgestellte Bild zeigt die Unterhaut, die Dermis und die Epidermis. Bild ĂĽber University of Birmingham.

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