Das 3D-Bioprinting beschreibt die direkte Erzeugung zellhaltiger Gewebe- und Organmodelle durch die Einbeziehung lebender Zellen in additive Herstellungsverfahren („3D-Druck“). Mit der Entwicklung dieser Technologie ist es seit wenigen Jahren möglich, auch komplexe menschliche oder tierische Gewebemodelle im Labor herzustellen; das Verfahren lässt sich außerdem auf nicht-tierische Zellen und biotechnologische Anwendungen übertragen. Das Bioprinting ist damit eine auch für die Raumfahrt äußerst interessante Technik, die deshalb seit kurzem auch intensiv bezüglich entsprechender Anwendungen untersucht wird.

Während kurzzeitig Mikrogravitation in Fallturmversuchen oder bei Parabelflügen realisiert werden kann, werden für die meisten biologischen Fragestellungen andere Lösungen benötigt, mit denen über längere Zeiträume – und damit analog zu den Versuchen im Weltraum – µg-Bedingungen simuliert werden können. Hierzu sind sogenannte 2D-Clinostaten geeignet, bei denen die zu untersuchenden Proben so um eine horizontale Rotationsachse gedreht werden, dass die gerichtete Wirkung der Erdanziehung nahezu aufgehoben wird.

Ziel des vorliegenden Projektes ist es, die Wirkung simulierter Mikrogravitation auf biogedruckte 3D-Zell- und Gewebekonstrukte zu untersuchen um die biologischen Effekte von µg-Bedingungen auf Zellen und Gewebe besser verstehen und im Detail analysieren zu können. Hierfür sollen an der TU Dresden eine Vielzahl von Untersuchungen an sehr unterschiedlichen biogedruckten Gewebemodellen durchgeführt werden. Im Mittelpunkt sollen 3D-Knochenkonstrukte stehen da bereits bekannt ist, dass Knochengewebe und auch Knochenzellen besonders sensibel auf µg-Bedingungen reagieren. So wird bei Astronauten, die sich über längere Zeiträume in der Schwerelosigkeit aufhalten ein Abbau der Knochenmasse beobachtet, was den Auswirkungen einer Osteoporose-Erkrankung auf der Erde ähnelt. Unter ansonsten identischen Versuchsbedingungen werden die biogedruckten Konstrukte einerseits unter kontinuierlicher Clinorotation (und also unter simulierten µg-Bedigungen) und andererseits unter Standardbedingungen kultiviert, um so die µg-Effekte optimal analysieren zu können. Als weitere Vergleichsversuche werden dieselben Zelltypen als 2D-Adhäsionskulturen unter Clinorotation untersucht, um die Auswirkungen des Eingebettet-Seins in dreidimensionale Hydrogele bei den biogedruckten Konstrukten erforschen zu können.

Herstellung eines komplexen Knochengewebemodells mit den Techniken des 3D-Bioprintings