Menschliche Gewebe aus dem Drucker: Ergebnisse des Projekts 3D-Bio-Net sind zukunftsweisend

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Erfolgreicher Abschluss des BMBF-geförderten Projektes nach 3 Jahren Förderzeit. Neun Partner aus Industrie und Forschung entwickelten einen 3D-Bioprinter, mit dem funktionale menschliche Gewebe mit Blutgefässen gedruckt werden können.

In dem Projekt 3DBioNet forschten und entwickelten in den letzten drei Jahren neun Partner aus Industrie und Forschung. Das Herzstück des Projektes ist die Entwicklung eines 3D-Bioprinter-Prototyps, der das Drucken funktionaler menschlicher Gewebe mit Blutgefässen ermöglicht und dabei innovative Softwarekonzepte nutzt. Weiterhin wurde eine umfassende generische Plattform für das dreidimensionale Drucken menschlicher Zellen und Gewebe etabliert, die Materialien, Prozesse, Hard- und Software und Testsysteme für z.B. Medikamente umfasst sowie regulatorische Anforderungen berücksichtigt.
Um solche komplexen Vorhaben realisieren zu können, müssen Biologie, Medizin, Materialwissenschaften, Informatik und Mikrosystemtechnik eng zusammenarbeiten. Die hohe Komplexität und Interdisziplinarität des Vorhabens spiegelt sich auch in der Zusammensetzung der Projektpartner wider: In dem Verbund arbeiteten sowohl hochspezialisierte mittelständische Unternehmen, innovative Start-Ups als auch exzellente Forschungsinstitute, Universitäten und Universitätskliniken, die sowohl Grundlagenforschung als auch angewandte und klinische Forschung betreiben.


Knochen aus dem Drucker
Eines der vielen erfolgreichen Projektergebnisse ist der gelungene Druck von Knochenkonstrukten, die vital und durchblutet in der Gewebeersatzforschung zum Einsatz kommen können. Weiterhin wurden funktionale Miniatur-Organmodelle für die Niere und Blut-Hirn-Schranke entwickelt (sogenannte Organ-on-Chip-Systeme), die zukünftig in der Wirkstoffforschung Tierversuche verzichtbar und die Entwicklung von Medikamenten sicherer und schneller machen.

Die zukunftsweisenden Erkenntnisse aus dem Projekt werden in weiteren Forschungs- und Entwicklungsprojekten fortgesetzt.

Beteiligte Partner
Biofluidix GmbH, Freiburg (Hardwareentwicklung), Cellgenix GmbH, Freiburg (regulatorische Anforderungen), ibidi GmbH, Gräfelfing (Perfusionsplattform und mikrofluidische Chips), infoteam Software AG, Bubenreuth (Softwareentwicklung), Kunststoff-Institut Südwest GmbH & Co. KG, Villingen-Schwenningen (Charakterisierung von Kunststoffen), vasQlab am Karlsruher Institut für Technologie, Karlsruhe (Biotinten).
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Institut für Mikrosystemtechnik IMTEK (Prozessentwicklung), Klinik für Plastische und Handchirurgie am Universitätsklinikum Freiburg (Gewebekonstrukte Knochen und Knorpel), Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut an der Universität Tübingen NMI (“Organ-on-Chip”-Anwendungen). Der Spitzencluster microTEC Südwest koordinierte das Projekt über die gesamte Projektlaufzeit.

Das Projekt 3D-Bio-Net (FKZ 03VNE1034) wurde von 2017-2020 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) in der Förderlinie KMU-NetC gefördet. Weitere Informationen finden Interessierte auf der Projektseite unter www.3dbionet.de sowie im Imagefilm auf youtube.

Hintergrund Bioprinting / 3D-Bio-Druck
Der konventionelle 3D-Druck, auch häufig als additive Fertigung bezeichnet, verwendet in erster Linie Kunststoffe, aber auch Metalle als Ausgangsmaterialien, die im Druckprozess Schicht für Schicht zu einer dreidimensionalen Struktur zusammengesetzt, d.h. gedruckt werden. Im 3D-Bioprinting ist der Ansatz dreidimensionale Strukturen zu drucken derselbe, nur mit dem Unterschied, dass lebende Gewebe hergestellt werden sollen. Daher werden als Ausgangsmaterial sogenannte „Bio-Tinten“ verwendet, die aus biokompatiblen Materialien und lebenden funktionalen Zellen bestehen. Dabei werden die Zellen, oftmals eingebettet in Hydrogele, auf sogenannte Scaffolds, d.h. Gerüststrukturen aus biokompatiblen Kunststoffen (Polymeren), gedruckt. Die so platzierten Zellen fusionieren zu funktionalen dreidimensionalen Gewebekonstrukten und können in verschiedenen Anwendungen zum Einsatz kommen, z.B. als Gewebeersatz in klinischen Anwendungen oder für die Entwicklung und Testung von Medikamenten in sogenannten Organ-on-Chip-Systemen unter weitgehender Vermeidung von Tierversuchen. Das 3D-Bioprinting ist eine der Zukunfts-Technologien, die Medizin und pharmazeutische Forschung fundamental verändern können. Eine große Herausforderung besteht in der hohen Komplexität dieser Methode: Beim Drucken von lebendem Gewebe und (Mikro-) Organmodellen müssen eine große Vielfalt von lebenden Zellen, verschiedene Biomaterialien wie z.B. Hydrogele oder Biopolymere sowie eine Vielzahl verschiedener Verarbeitungs- und Druckverfahren verwendet und beherrscht werden. Ein wesentlicher Bestandteil im Prozess ist auch die Berücksichtigung strenger regulatorischer Anforderungen für klinische Anwendungen. Das Projekt 3D-Bio-Net befasste sich mit der Gesamtheit dieser Herausforderungen.

Über den microTEC Südwest e.V.

Der Spitzencluster microTEC Südwest ist das Kompetenz- und Kooperationsnetzwerk für intelligente Mikrosystemtechniklösungen für Europa und der Ansprechpartner für Mikrosystemtechnik in Baden-Württemberg. Der zentrale Service für die Mitglieder sind technologisch und anwendungsbezogene Fachgruppen, in denen microTEC Südwest seine Kompetenzen bündelt, um gemeinsam Innovationen auf dem Gebiet der Mikrosystemtechnik hervorzubringen. Als Bindeglied zwischen Wissenschaft, Wirtschaft und Politik unterstützt microTEC Südwest die Mitglieder bei Fördervorhaben und der damit verbundenen Partnervermittlung.

Der Spitzencluster microTEC Südwest ist eines der größten Technologie-Netzwerke in Europa. Im Bereich der Anwendungen fokussiert das Clustermanagement seine Arbeit derzeit auf zwei Felder: Gesundheit (Smart Health) und Produktion (Smart Production), kann aber durchaus auch in anderen Bereichen, wie z. B. Mobilität, Energie, Textilien und smarte Home-Lösungen aktiv werden.

Die mehr als 110 Mitglieder des Fachverbands kommen aus Unternehmen, Forschungseinrichtungen und Hochschulen. Darunter finden sich Global Player wie Bosch, Festo, Roche Diagnostics, ABB, Zeiss, Endress+Hauser, Sick, Balluff und Testo sowie viele innovative klein- und mittelständische Unternehmen. Zu den Forschungseinrichtungen zählen die Institute der Innovationsallianz Baden-Württemberg (innBW) sowie verschiedene Fraunhofer-Institute. Im Bereich der Hochschulen und Universitäten finden sich unter anderem das Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK) der Universität Freiburg sowie das Karlsruher Institut für Technologie (KIT).

Der Cluster erfüllt die Exzellenzkriterien der Europäischen Cluster Excellence Initiative (ECEI) und wurde mit dem Gold-Label ausgezeichnet.

Das komplette Service-Angebot von microTEC Südwest finden Sie unter: www.microtec-suedwest.de

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