de.wedoany.com-Bericht: Dr. Priscila Melo, Dozentin für Bioingenieurwesen an der Newcastle University und Mitbegründerin von JetBio, leitet ein Team, das mit ihrer entwickelten Reaktiven Strahlaufprall-Biodrucktechnologie (Reactive Jet Impingement, ReJI) 3D-Gewebemodelle erstellt, um die Bewertung neuer Medikamente vor deren klinischer Anwendung zu verändern.
Das derzeitige präklinische Wirkstoffscreening stützt sich hauptsächlich auf die zweidimensionale Zellkultur, d. h. auf einschichtige Zellen, die auf einer flachen Unterlage wachsen. Etwa 75 % der neuen Medikamente, die in die erste klinische Phase eintreten, scheitern letztendlich, am häufigsten aufgrund unzureichender Wirksamkeit oder Sicherheitsproblemen, die in frühen Tests nicht erkannt wurden. Menschliche Zellen existieren in einer dreidimensionalen extrazellulären Matrix, die nicht nur die mechanische Umgebung reguliert, sondern auch die Nährstoffdiffusion, die interzelluläre Signalübertragung und gewebespezifische Funktionen beeinflusst – eine Komplexität, die zweidimensionale Modelle nicht nachbilden können. Auch regulatorische Trends treiben diesen Wandel voran. Im Jahr 2023 wies die US-amerikanische Food and Drug Administration (FDA) darauf hin, dass validierte In-vitro-Modelle als Grundlage für Humanarzneimittelstudien dienen können, ohne dass Tierversuche erforderlich sind. Europa hat sich anschließend in diese Richtung ausgerichtet, und Großbritannien arbeitet daran, bis 2030 für bestimmte Testkategorien ähnliche Standards einzuführen.
Dr. Melo erklärt, dass der 3D-Druck eine genauere und praktikablere Alternative biete, die Tierversuche so weit wie möglich eliminieren oder reduzieren sollte. An der Newcastle University erzeugt die von ihrem Team entwickelte ReJI-Technologie über Mikroventile gleichzeitig Tröpfchen aus zwei Kartuschen: eine enthält ein Hydrogel-Vorläufermaterial, die andere eine Zellsuspension mit einem Vernetzungsmittel. Die Tröpfchen interagieren in der Luft und erzeugen innerhalb von Millisekunden strukturierte Zellkonstrukte. Die Plattform hat sich als kompatibel mit Untergründen wie synthetischen Fasern, Metallen und biologischem Gewebe erwiesen.
Bei der Kardiotoxizitäts-Screening druckte das Team mit einer Biotinte aus Kollagen Typ I, Alginat und Fibrin ein Herzgewebe-Modell mit HL-1-Kardiomyozyten bei einer Zelldichte von 5 Millionen Zellen pro Milliliter Gel (der höchsten berichteten Dichte für diesen Zelltyp). Die resultierenden Konstrukte behielten bis zu 21 Tage lang spontane Kontraktionsaktivität, während dieselben Zellen in der standardmäßigen 2D-Kultur nach etwa 7 Tagen ihre Pulsationsfunktion verloren. Die mittels Multielektroden-Arrays bewertete elektrische Aktivität des Modells wurde im Laufe der Zeit zunehmend organisierter und zeigte angemessene Reaktionen sowohl auf proarrhythmische als auch auf antiarrhythmische Medikamente.
In der Knorpelreparaturforschung druckte das Team ein Hydrogel mit Chondrozyten direkt auf Chondro-Gide (ein klinisch verfügbares kollagenbasiertes Reparaturpflaster) und erzielte eine Zellverteilung und Expression knorpelspezifischer Marker, die allen anderen getesteten Bedingungen überlegen war. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Integration von Biodruck-Konstrukten mit bestehenden Gerüstmaterialien die biologische Leistungsfähigkeit aktueller Knorpeltherapien erheblich verbessern kann.
Dr. Melos Arbeit ist Teil eines Branchentrends hin zu 3D-gedruckten Gewebemodellen, die die In-vivo-Umgebung getreuer nachbilden. Das ultimative Ziel ist die Entwicklung multiphysiologischer Systeme, die systemische Wechselwirkungen reproduzieren, die Verbindung verschiedener Gewebe und die Modellierung von Komorbiditäten ermöglichen. CELLINK hat die Reduzierung und Eliminierung von Tierversuchen zu einer geschäftlichen Priorität erklärt; das von der EU finanzierte BRIGHTER-Projekt, koordiniert vom Institute of Bioengineering of Catalonia, entwickelt Biodruckverfahren, die die Abhängigkeit von Tiermodellen in der Gewebezüchtung und regenerativen Medizin verringern sollen. Darüber hinaus haben Forscher der Technischen Universität Wien mit Multiphotonen-Lithographie menschliche Gewebe-Chips hergestellt, und ein biogedrucktes zerebrales Gefäßmodell, das atherosklerotische Strömungsbedingungen nachbilden kann, wurde ebenfalls entwickelt, was zeigt, dass die In-vitro-Nachbildung zunehmend komplexer physiologischer Umgebungen möglich wird.
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