DFG Collaborative Research Centre

Von den Grundlagen der Biofabrikation zu funktionalen Gewebemodellen

Der SFB/TRR 225 hat zum Ziel, die Grundlagen der Biofabrikation zu erforschen und deren systematische Anwendung zur Erzeugung funktionaler menschlicher Gewebemodelle innerhalb von 12 Jahren zu erreichen. Unter Biofabrikation wird der Einsatz automatisierter 3D-Druckverfahren zur Herstellung hierarchischer Zell-Material-Konstrukte in einer räumlichen Anordnung verstanden, welche eine Reifung zu Gewebemodellen mit funktionalen Eigenschaften ermöglicht. Dies bietet die Möglichkeit zur automatisierten Herstellung funktionaler Gewebemodelle, die als alternative Methode zu Tierversuchen dienen können. Es würde sich als äußerst wertvoll erweisen, diese Methode für die Erforschung neuer Wirkstoffe und Krebstherapien sowie als Option für regenerative Therapien einzusetzen.

Die erste Förderperiode (1. RP) des TRR225 konzentrierte sich vor allem auf die Entwicklung von Materialien und Prozessen, welche ein hohes Zellüberleben während des Druckprozesses gewährleisten. Mit der steigenden Anzahl an Möglichkeiten, lebende Zellen zu drucken, rückt das Verhalten der Zellen innerhalb der gedruckten Konstrukte nach der Herstellung zunehmend in den Fokus. Bisher sind die kausalen Zusammenhänge zwischen den Herstellungsbedingungen und dem Zellverhalten, abgesehen vom Überleben, wie beispielsweise der Proliferation, noch weitgehend unklar. Im 2. FRP wird sich das TRR225 daher darauf konzentrieren, die im 1. FRP entwickelte Verzahnung von Material- und Methodenentwicklung mit der Konstruktion von Gewebemodellen weiter zu vertiefen. Die zentralen Fragestellungen verschieben sich hierbei von der Optimierung der Druckbarkeit von Biotinten zu dem Verhalten der Zellen in den Bio-Fabricaten nach der Fertigstellung, der langfristigen Überlebenssicherung der Zellen (Versorgung) sowie der Erstellung von Gewebemodellen und einem Material- und Prozessdesign, welches auf die spezifische Anwendung ausgerichtet ist.

Der TRR225 bleibt in drei etablierten Projektbereichen A (Bioinks), B (Prozesse und Methoden) und C (biofabrizierte Modelle) strukturiert, wobei die Ziele entsprechend weiterentwickelt wurden. Damit wird der Grundstein für das 3. FRP gelegt, das sich auf die funktionale Bewertung der biofabrizierten Modelle sowie die Entwicklung von Modellen der nächsten Generation konzentriert. Dies könnte durch die Implementierung von Innervation oder die Umsetzung einer metabolisch oder (patho-)physiologisch sinnvollen Kombination von etablierten Modellen erfolgen.

Die Standorte der TRR225 hatten bereits mit der Einrichtung der ersten beiden Studiengänge und der ersten beiden Professuren für Biofabrikation eine einzigartige Grundlage geschaffen. Im 1. FRP wurden weitere Maßnahmen ergriffen, um die Struktur zu stärken. Dazu gehören die Einrichtung von vier neuen Professuren und einer Nachwuchsgruppe, die Gründung des fakultätsübergreifenden Instituts für Funktionsmaterialien und Biofabrikation (IFB) sowie die Initiierung des Forschungsgebäudes Center of Polymers for Life (CPL). Gemeinsam haben die drei Standorte eine bayerische Anschubfinanzierung für die Bildung eines Exzellenznetzwerks (Titel: Cellular Hybrids) erhalten, für das TRR225 eine tragende Säule darstellt. Der Erfolg des TRR225 im 1. RP wird somit durch diese Entwicklungen ebenso deutlich.