Fabrication & Engineering
Herstellung von 3D-Gewebestrukturen, Bioinks, Druckparameter, Zellintegration, Mikrostrukturierung, Photopolymerisation, Scaffold-Design, mechanische Eigenschaften, Biokompatibilität.
3D-Kultur und Gewebereifung
Bioprinting umfasst 3D-Druckverfahren, bei denen Biomaterialien und Zellen zu komplexen gewebeähnlichen Strukturen aufgebaut werden können. Moderne lichtbasierte Bioprinting-Technologien ermöglichen es, solche Strukturen mit hoher räumlicher Präzision herzustellen und Eigenschaften gezielt zu steuern. Durch Variation der Materialzusammensetzung sowie der Belichtungsparameter lassen sich mechanische und biochemische Eigenschaften einstellen, die das Verhalten von Zellen beeinflussen – etwa ihr Adhäsions-, Migrations-, Wachstums- und Differenzierungsverhalten. Auf diese Weise entstehen 3D-Modelle, die natürliche Gewebe besser nachbilden und für die Tumorforschung sowie das Verständnis zellulärer Prozesse genutzt werden können. Durch den Einsatz dreidimensionaler Zellkultursysteme unter Integration humaner Zellen, schaffen wir naturnahe Mikroumgebungen, in denen kardiovaskuläres und muskuloskelettales Gewebe unter physiologischen Bedingungen heranreifen kann. Biomechanische Stimulation und maßgeschneiderte Scaffolds fördern dabei die strukturelle und funktionelle Organisation der Zellen. Parallel dazu werden neuartige dynamische Perfusionsgeräte entwickelt, die eine kontrollierte Nährstoffversorgung, mechanische Konditionierung und Untersuchung der Konstrukte über längere Zeiträume ermöglichen. Diese Bioreaktorsysteme simulieren die mechanischen Kräfte in nativen Zellumgebungen und beschleunigen die Gewebereifung gezielt. Unser Ziel: funktionsfähige Modelle, die es ermöglichen die Funktions- Struktur Beziehungen verschiedener Gewebestrukturen näher zu erforschen.
mSLAb-Light-Based Bioprinting
Auf unserer mSLAb-Plattform nutzen wir die lichtbasierte maskierte Stereolithografie (mSLA), um 3D-Gewebegerüste aus ECM-abgeleiteten Hydrogelen wie GelMA schnell, mit feinen Strukturen und kurzen Druckzeiten herzustellen. Durch die Kombination von temperatur- und feuchtigkeitsgeregelten Prozessen mit maßgeschneiderter Druckhardware für kleine Stückzahlen können wir proteinbasierte Bioharze, einschließlich zellhaltiger Formulierungen, zuverlässig verarbeiten. Eine zentrale Stärke von mSLA ist die Möglichkeit, die Steifigkeit während des Druckvorgangs anzupassen: Durch die Regulierung der Lichtdosis und der Belichtungszeit erzeugen wir Konstrukte mit gewebespezifischen mechanischen Eigenschaften und sogar Steifigkeitsgradienten innerhalb eines einzigen Druckvorgangs. Unser Ziel: skalierbare, durchblutbare Gewebemodelle mit kontrollierbarer Architektur und Biomechanik.
Laser Induced Forward Transfer (LIFT)
Mit unserer fortschrittlichen LIFT-Technologie (Laser-Induced Forward Transfer) können wir lebende Zellen – von Einzelzellen bis hin zu multizellulären Sphäroiden – ohne physischen Kontakt genau dort platzieren, wo sie benötigt werden. Unser filmfreier, mikroskopintegrierter Ansatz nutzt ultrakurze Laserimpulse im nahen Infrarotbereich, wodurch die Energieabgabe auf ein winziges Fokusvolumen beschränkt bleibt, photothermische Belastungen minimiert und kontaminierende Absorptionsschichten vermieden werden. Dies ermöglicht eine optisch gesteuerte Zellauswahl (z. B. nach Morphologie oder Fluoreszenz) und eine hochpräzise 2D/3D-Zellmusterung auf oder innerhalb gedruckter Proteingerüste. Unser Ziel: die Kombination präziser Matrixherstellung mit präziser zellulärer Organisation – insbesondere für Gewebe, bei denen die räumliche Anordnung der Zellen funktional entscheidend ist.
Two-Photon Polyimerization (2PP)
Unsere Nanoscribe-2PP-Technologie ermöglicht eine ultrahochauflösende 3D-Mikrofabrikation für Gewebemikroarchitekturen, die mit herkömmlichen Bioprinting-Verfahren nicht realisierbar sind. Unter Verwendung von proteinhaltigen Bioharzen (einschließlich GelMA und BSA) fertigen wir komplexe Strukturen wie alveolenähnliche Architekturen und mikrovaskuläre Merkmale bis hin zu Abmessungen, bei denen die Geometrie das Zellverhalten und den Stofftransport zu bestimmen beginnt. Da die Polymerisation auf den Laserfokus beschränkt ist, ermöglicht 2PP eine lokale Steuerung der Vernetzungsdichte und der mechanischen Eigenschaften, wodurch präzise strukturierte mechanische Mikroumgebungen für die Mechanobiologie geschaffen werden können. Unser Ziel: biomimetische Mikrostrukturen, die die Gewebefunktion auf zellulärer und subzellulärer Ebene messbar machen.
Zellmigration und Invasion (3dimensional)
Dreidimensionale Migrationsassays ermöglichen die Untersuchung des zellulären Wanderungsverhaltens unter physiologisch relevanten Bedingungen und erweitern das Spektrum klassischer zweidimensionaler Verfahren wie Scratch-Assays. Durch die systematische Gegenüberstellung von 2D- und 3D-Daten lassen sich konventionelle Migrationskenngrößen validieren und in einen räumlichen Kontext überführen. Im Fokus steht der Einfluss variierender Hydrogelzusammensetzungen und Matrixsteifigkeiten auf Migrationsgeschwindigkeit, Direktionalität und Invasionstiefe. Die Analyse dieser Parameter liefert fundamentale Einblicke in die mechanobiologischen Wechselwirkungen zwischen Zelle und extrazellulärer Matrix. Die daraus abgeleiteten Designkriterien fließen unmittelbar in die Optimierung von Scaffoldarchitekturen für das Tissue Engineering ein.