Die Schlüsseltechnologie im Bioprinting

Die schichtweise Fertigung einer dreidimensionalen Struktur durch Extrusion ist eines der bekanntesten Verfahren. Es handelt sich um eine vielseitige und kosteneffiziente Methode, mit der eine breite Palette von Biotinten wie Hydrogele oder synthetischen Bioharzen verarbeitet werden kann. Im Vergleich zu neueren Methoden ist die Auflösung allerdings begrenzt (~100–200 µm) und die präzise Umsetzung von vielen Parametern abhängig. 

Die Bioinks von BIO INX^© für das extrusionsbasierte Bioprinting erleichtern diese Methode enorm. Es handelt sich um ready-to-use Biotinten, die einen zuverlässigen Druck mit einer Vielzahl verschiedener 3D-Biodrucker ermöglichen. Das Portfolio umfasst sowohl synthetische als auch gelatinebasierte Biotinten mit optimierten mechanischen Eigenschaften, die zum einen den Druck an sich erleichtern und zum anderen für mehr Präzision, Robustheit und Flexibilität des Objekts sorgen. Somit sind die Produkte für eine Reihe von Anwendungen im Tissue Engineering einsetzbar - von weichen (z. B. Fettgewebe) bis hin zu harten (z. B. Knorpel) Geweben.

Präzise 3D-Strukturen in Sekundenschnelle

Volumetrisches Bioprinting ist eine innovative tomographische Drucktechnologie, bei der mithilfe von Laserlicht eine vollständige 3D-Struktur in einem Hydrogel erzeugt und in einem einzigen Schritt ausgehärtet wird. Diese Methode zeichnet sich durch ihre hohe Geschwindigkeit und besondere Zellfreundlichkeit aus. Im Gegensatz zum schichtweisen Druck, minimiert die lichtbasierte Technik die mechanische Belastung der Zellen. Stützstrukturen sind nicht erforderlich und die Lichtdosis bleibt mit weniger als 600 mJ/cm² äußerst gering. Aufgrund der minimierten Scherspannung liegt die Zellviabilität beim volumetrischen Bioprinting bei über 90 %.
 

READYGEL INX^© ist eine Biotinte, welche optimal auf die Technik des volumetrischen Bioprintings abgestimmt ist. Mit ihrer überlegenen Biokompatibilität und einem Speicher-Modul-Bereich von 10 bis 18 kPa erzeugt sie ein Material mit ausreichend mechanischer Integrität, das die Form beibehält und gleichzeitig für eine Vielzahl von Weichteilanwendungen geeignet ist. Das Drucken in wenigen Sekunden bringt uns einen Schritt näher an die Vision, maßgeschneidertes Gewebe aus körpereigenen Zellen direkt im OP-Saal zu erzeugen.

Gel-MA-basiertes Hydrogel

• Minimale Scherspannung auf Zellen
• Für Zelleinkapselung & Zellbesiedelung
• High Speed printing (5 – 10 s)

Hohe Auflösung kombiniert mit Schnelligkeit

Das Drucken mit Hilfe der digitale Lichtprojektion ist ein Verfahren, das aus der Stereolithographie (SLA) adaptiert wurde und ebenfalls auf der Aushärtung von Bioharzen mittels Lichts basiert. Im Gegensatz zum volumetrischen Bioprinting, bei dem die Struktur in einem einzigen Schritt ausgehärtet wird, erfolgt der Druck hier schichtweise. Durch die Millionen von Lichtpunkten, die auf einer Ebene projiziert werden, können sehr präzise und detaillierte 3D-Strukturen erzeugt werden, wobei die Auflösung bis zu <100 µm erreicht. Neben der hohen Auflösung und der Schnelligkeit, ermöglicht das schichtweise Drucken mit Licht unterschiedliche Steifigkeiten innerhalb einer Struktur, die durch Lichtintensität und Belichtungsdauer gesteuert werden können. Dies macht das DLP-Bioprinting für eine Vielzahl von Geweben geeignet.
 

DEGRES INX^© kombiniert hohe Auflösung, biologische Abbaubarkeit und ein einzigartiges Formgedächtnisverhalten, das bei Körpertemperatur einen gezielten Formwechsel ermöglicht. Diese Eigenschaft könnte die minimal-invasive Chirurgie erleichtern. Zudem erlaubt die hohe Bruchdehnung von bis zu 350 % die Herstellung äußerst flexibler und anpassungsfähiger Strukturen. Im Vergleich dazu ermöglicht die auf Gelatine basierende DLP-Biotinte BIORES INX^© eine optimale Zellinteraktivität und das Drucken bei Raumtemperatur. 

Biologisch abbaubares Polycaprolacton

• Hohe Elastizität & Flexibilität
• Einzigartiges Formgedächtnisverhalten
• Schnelligkeit & hohe Auflösung

Gel-MA-basiertes Hydrogel

• Drucken bei Raumtemperatur
• Schnelligkeit & hohe Auflösung
• Zellinteraktiv

Höchste Auflösung die je erzielt wurde

Die Zwei-Photonen-Polymerisation (2PP), auch bekannt als Multiphotonen-Lithographie (MPL), basiert auf der simultanen Absorption zweier Photonen durch ein lichtempfindliches Photoresin. Diese Methode nutzt Licht mit niedrigerer Energie, wodurch ausschließlich Atome oder Moleküle des Photoresins aushärten, die zwei Photonen absorbieren und dadurch in einen energetisch höheren Zustand übergehen. Um diesen Mechanismus zu ermöglichen, wird eine hohe Lichtintensität benötigt, die in diesem Fall nur im fokussierten Bereich eines pulsierenden Laserstrahls erzeugt wird. Somit findet die Aushärtung des Photoresins ausschließlich im Fokalvolumen statt, was eine Auflösung von weniger als 200 nm und Oberflächenrauheit unter 5 nm ermöglicht. Das Drucken derart präziser Strukturen und glatter Oberflächen ist vor allem für das Bioprinting von großer Bedeutung, indem komplexe Systeme bis hin zu vaskulären Gefäßen erzeugt werden können. 
 

Die Bioprinting-Kits von BIO INX^© für die Multiphotonen-Lithographie umfassen sowohl synthetische als auch gelatinebasierte Bioinks und haben fortschrittliche Eigenschaften. So konnte unter andrem die bisher höchste Auflösung beim Drucken in Anwesenheit von Zellen erreicht werden. Dank ihrer Vielseitigkeit, die sowohl den Mikro- als auch den Makrobereich umfasst, sind sie für den Druck nahezu aller Gewebearten sowie Organ-on-Chip Anwendungen geeignet.

Gelatinebasiertes Hydrogel

• Sehr hohe Auflösung
• Für Zelleinkapselung & Zellbesiedelung

Biologisch abbaubares Polyester

• Höchste Auflösung 
• Sehr stark und flexibel
• Leicht zu verarbeiten (CURASOL^©)

Synthetisches Hydrogel

• Sehr hohe Auflösung 
• Sehr robust und flexibel
• Bioinert
• Organ-on-chip Anwendungen