Biofabrikation – neue Ansätze für den artifiziellen Gewebeersatz
Authors: Horch Raymund E , Weigand Annika , Wajant Harald , Groll Jürgen , Boccaccini Aldo R , Arkudas Andreas 
Published: January 2018

Hintergrund Das Aufkommen von Tissue Engineering (TE) in den frühen 1990er Jahren wurde durch den
zunehmenden Bedarf an funktionellem Gewebe und Organersatz gefördert. Das klassische TE basiert dabei auf der
Kombination von Trägermatrizen, Zellen und Wachstumsfaktoren, um verlorenes oder beschädigtes Gewebe und
Organe wieder herzustellen. Trotz beachtlicher Ergebnisse in vitro und in experimentellen Ansätzen hat der
Mangel an früher Vaskularisierung eine Umsetzung in die tägliche klinische Praxis bisher behindert Ein neues
Forschungsfeld mit dem Namen „Biofabrikation“,. das die neuesten 3D-Drucktechnologien nutzt, zielt darauf ab,
verschiedene Zellen, Biomaterialien und Moleküle hierarchisch und räumlich in eine Matrix zu integrieren, um
eine gerichtete Reifung von künstlichem Gewebe zu gewährleisten.

Material und Methoden Eine Literaturrecherche der relevanten Publikationen zum Thema Biofabrikation und
Bioprinting wurde mit der PubMed-Datenbank durchgeführt. Relevante Papiere wurden ausgewählt und mit einer
sekundären Analyse von spezifischen Zitaten über die Bioprinting-Techniken bewertet.

Ergebnisse Es wurden 180 relevante Publikationen mit den oben genannten Schlüsselwörtern identifiziert
und ausgewertet. Grundprinzipien in dem Entwicklungsfeld der Biodrucktechnologie konnten herausgefiltert
werden. Die Schlüsselelemente umfassen die Hochdurchsatzanordnung von Zellen und die Herstellung von komplexen
und funktionellen, hierarchisch organisierten Gewebekonstrukten. Es wurden fünf relevante technologische
Prinzipien für das Bioprinting identifiziert, wie Stereolithographie, Extrusionsbasiertes Drucken,
laserunterstütztes Drucken, Inkjet-basiertes Drucken und Nano-Bioprinting. Die verschiedenen technischen
Methoden des 3D-Drucks wurden mit verschiedenen positiven, aber auch negativen Auswirkungen auf Zellen und
Proteine während des Druckprozesses assoziiert. Die Forschungsanstrengungen in diesem Bereich zielen
offensichtlich auf die Entwicklung von optimierten so genannten Biotinten und verbesserten Drucktechnologien
ab.

Schlußfolgerung Diese Übersicht beschreibt die Entwicklung der klassischen Methoden des TE in der
Regenerativen Medizin in das sich rapide entwickelnde Gebiet der Biofabrikation durch Bioprinting. Die
Vorteile des 3D-Bioprintings gegenüber herkömmlichen Tissue Engineering-Techniken basieren auf der Anordnung
von Zellen, Biomaterialien und Biomolekülen in einer räumlich kontrollierten Weise zur Reproduktion von
nativen Gewebemakro-, Mikro- und Nanoarchitekturen, die nicht nur dazu genutzt werden können, funktionelle
Ersatzgewebe oder Organe zu produzieren, sondern auch als neue Modelle für die Grundlagenforschung dienen. Die
Nachahmung der stromalen Mikroumgebung von Tumorzellen zur Untersuchung der Tumorbildung und -progression, der
Metastasierung, Angiogenese und Modulation der damit verbundenen assoziierten Prozesse ist eine dieser
Anwendungen in der aktuellen Forschung. Zu diesem Zweck wird eine enge Zusammenarbeit von Fachleuten aus den
Bereichen Ingenieurswesen, Biomaterialwissenschaft, Zellbiologie und rekonstruktive Mikrochirurgie notwendig
sein, um zukünftige Strategien zu entwickeln, die die derzeitigen Einschränkungen des artifiziellen
Gewebe-Ersatzes überwinden können.