Biointelligente Materialien und Biologische Transformation

Die Medizin der Zukunft ist biologisch. Und die Zukunft hat bereits begonnen: Biomoleküle werden bereits als Wirkstoffe eingesetzt und erste zellbasierte Implantate integrieren sich vollständig in den Organismus.

Um das Konzept biologischer Ersatzgewebe weiter Wirklichkeit werden zu lassen, optimieren Wissenschaftler am Fraunhofer IGB biologische Materialien für die Verarbeitung mit 3D-Druck-Verfahren. Dabei nutzen sie die Moleküle, die aus der natürlichen Matrix biologischer Gewebe gewonnen werden wie Hyaluronsäure oder Gelatine. Durch chemische Modifizierung der biologischen Moleküle können die Viskosität und das Gelierverhalten kontrolliert und vernetzbare Gruppen eingeführt werden. So entstehen Biopolymerlösungen, die insbesondere für Liquid-handling geeignet sind und in Druck- und Dispensierprozessen eingesetzt werden, wie beispielsweise niederviskose Gelatinelösungen, die bei Temperaturen bis 10 °C verarbeitet werden können, ohne zu gelieren. 

Durch einen Photostimulus können aus diesen Biomoleküllösungen durch Vernetzung stabile Hydrogele erzeugt werden, die je nach Vernetzungsdichte in ihren mechanischen und biologischen Eigenschaften denen nativer Gewebe angepasst werden. Dieser Baukasten aus modifizierten Biopolymeren wird zunehmend für den Aufbau dreidimensionaler Modellgewebe, das sogenannte Bioprinting, und für pharmazeutische Formulierungen erprobt.