Scaffolds für Tissue Engineering

CeSMA entwickelt weiche Aktoren aus medizinisch zugelassenem Siliconelastomer, die autoklavierbar sind und dadurch in direkten Kontakt mit biologischen Zellen treten können.

Ziel ist es durch eine biaxiale, mechanische Stimulation sowohl das Zellwachstum als auch die Wachstumsrichtung zu steuern und zu begünstigen. Durch den Einsatz von elektrisch leitfähigem Silicon können die Zellen gleichzeitig elektrisch stimuliert werden, wodurch diese z. B. als Muskelzellen ausdifferenziert werden können. Die Aktoren können bei moderaten Frequenzen um ca. 1 Hz eine Aktuation um bis zu 10 % ausführen. Durch gezielte Oberflächenvorbehandlung/-modifikation und Strukturierung der Siliconfolie wird die Zelladhäsion eingestellt.

Um Zellwachstum zu stimulieren und zu steuern, können auch mikroaktorische Felder (Arrays) hergestellt werden. Diese lassen sich beispielsweise aus piezoelektrischen Polymeren herstellen, die einen Hub bis 10 µm über einen weiteren Frequenzbereich leisten können. Da diese Aktorik auch eine gute Transparenz zeigt, kann das Zellwachstum unkompliziert mit optischen Methoden (z. B. Fluoreszenzmikroskopie) verfolgt werden. Die Arrays werden mittels Siebdruck bzw. Inkjetdruck hergestellt.

Biokompatible ORMOCER^®-Materialien lassen sich mit Hilfe der Zwei-Photonenpolymerisation (2PP) zu nahezu beliebigen 3D-Strukturen im Mikrometermaßstab verarbeiten. Die Sterilisation dieser Materialklasse in einem Autoklavierprozess ermöglicht, dass die erzeugten Strukturen in direkten Kontakt mit biologischen Zellen treten können.

Ein grundlegender Ansatz auf dem Gebiet der Biofabrikation ist es, lebensfähige Zellen auf einem 3D-Gerüst zu züchten, welches Adhäsionsstellen für die weitere Zellkultivierung und Gewebereifung bietet. Da die Zellen in der Lage sind, diese Umgebung mit einer Auflösung im Submikrometerbereich wahrzunehmen, und von der 2D- und 3D-Morphologie des Substrats beeinflusst werden, eignet sich die 2-Photonenpolymerisation bestens für die Erzeugung solcher Gerüststrukturen. Es können sowohl feste dreidimensionale Template erzeugt werden als auch weiche Zellgerüststruktur basierend auf Hydrogelen, die aus losen miteinander verbundenen Ringen mit einem Durchmesser von 20 µm besteht. Diese Strukturen wurden genutzt, um aus HiPS abgeleitete Kardiomyozyten zu kultivieren.

Auch nicht biologische Gefäßersatzstrukturen können mit dieser Methode erzeugt werden, die man mit weiteren Oberflächenstrukturen oder Öffnungen versehen kann.