Weiterentwicklung des Bioprintings lebender Zellen für die regenerative Medizin

Erwartetes Ergebnis:

Dieses Thema zielt darauf ab, Aktivitäten zu unterstützen, die zu einem oder mehreren erwarteten Auswirkungen des Ziels „Entwicklung und Nutzung neuer Werkzeuge, Technologien und digitaler Lösungen für eine gesunde Gesellschaft“ beitragen oder diese ermöglichen. Zu diesem Zweck sollten Vorschläge im Rahmen dieses Themas darauf abzielen, Ergebnisse zu liefern, die auf die meisten der folgenden erwarteten Ergebnisse ausgerichtet sind, auf diese zugeschnitten sind und zu diesen beitragen:

• Biomedizinische Wissenschaftler aus Wissenschaft und Industrie erhalten Zugang zu kompletten Bioprinting-Einheiten, die zur Regeneration menschlichen Gewebes entwickelt wurden.
• Medizinisches Fachpersonal erhält Informationen über die sichere und effektive Nutzung von Geräten, die fortschrittliche Therapien mit biogedrucktem menschlichem Gewebe ermöglichen.
• Gesundheitsdienstleister verfügen über Werkzeuge, die es ihnen ermöglichen, Erkrankungen mit ungedecktem medizinischem Bedarf zu behandeln.
• Einzelne Patienten profitieren von einem personalisierten Ansatz für ihren jeweiligen medizinischen Zustand dank der biogedruckten regenerativen Medizinlösung.

Umfang:

Das gewebespezifische funktionelle 3D-Bioprinting lebender Zellen hat als neuer Ansatz für Transplantationsanwendungen in der regenerativen Medizin erhebliche Fortschritte gemacht. Derzeit befinden sich mehrere Arten von Bioprinting-Technologien für die Reparatur verschiedener Zielgewebe oder -organe in der Entwicklung. Um das Potenzial von biogedruckten Zellkonstrukten für die regenerative Medizin voll auszuschöpfen, müssen noch mehrere Engpässe überwunden werden. Verschiedene Studien in präklinischen Modellen haben gezeigt, dass biogedruckte Zellkonstrukte oder Gewebe ein großes Versprechen für die regenerative Medizin bergen, indem sie autologe Gewebetransplantate drucken lassen und so unerwünschte Transplantat-Wirt-Reaktionen vermeiden. Die Übertragung solcher Ansätze in klinische Umgebungen (d.h. Menschen) und ihre Anwendung auf innere Organe muss jedoch noch untersucht und demonstriert werden. Abhängig vom tatsächlichen Zielort (d.h. dem defekten Gewebe oder Organ im menschlichen Körper) können verschiedene Bioprinting-Ansätze vorzuziehen sein. Für das Drucken komplexer Gewebe und insbesondere ganzer Organe ist ein In-vitro-Ansatz gefolgt von einer Transplantation der bevorzugte Weg. „In-situ“-Bioprinting, manchmal auch als „in-vivo“ oder „intraoperativ“ bezeichnet, beschreibt einen Bioprinting-Prozess, der an einem lebenden Subjekt in einer chirurgischen Umgebung durchgeführt wird und in bestimmten Fällen (z.B. Gewebereparatur) Vorteile gegenüber einer In-vitro-Bioprinting-Technik gefolgt von einer Transplantation hat. In-situ-Bioprinting beinhaltet die direkte Musterung von Biotinten auf den Körper eines Patienten am Zielort, was eine präzise Konstruktion einer ortsangepassten Gewebestruktur innerhalb des tatsächlichen physiologischen Ortes ermöglicht, an dem Regeneration oder Reparatur benötigt wird. Als solches ermöglicht das In-situ-Bioprinting eine hohe Anpassungsfähigkeit, ein reduziertes Kontaminationsrisiko, eine verbesserte Zellviabilität, -funktion und Wirtsintegration. Die hohen Zelldichten in den menschlichen Vitalorganen unterstreichen die Bedeutung von Biotinten, die weniger zusätzliche Biomaterialien als Matrix enthalten. Daher kann das Bioprinting von Zellkonstrukten, die native gewebeähnliche Zelldichten umfassen, die Reparatur und/oder Regeneration defekter komplexer Gewebe oder innerer Organe erleichtern. Für solche Ansätze ist eine sorgfältige Konstruktion der Bioprinting-Ausrüstung erforderlich, die ausgeklügelte mikrochirurgische Instrumente und medizinische Bildgebungsplattformen umfasst. Um die gewünschte Funktion zu erreichen und die natürlichen Hinweise in nativen Geweben für in-vitro gedruckte Biokonstrukte nachzuahmen, ist die Verwendung zusätzlicher Stimuli erforderlich, während In-situ-Ansätze normalerweise auf den Körper als natürlichen Bioreaktor angewiesen sind, der die notwendigen extrazellulären Hinweise liefert. Kürzlich wurden Kombinationen von In-situ-Bioprinting mit Echtzeit-Stimuli untersucht, sogar für die Reparatur innerer Organe. Es bleiben jedoch Engpässe, die überwunden werden müssen, wie die Integration mit bestehenden Bildgebungsmodalitäten und chirurgischen Verfahren oder die Langzeitstabilität und Funktionalität der erzeugten Bi...