Ein Durchbruch in der Gewebeherstellung könnte die Medizin und Forschung nachhaltig verändern. Forschende am MIT haben eine neue 3D-Bioprinting-Technik entwickelt, die die Produktion von künstlichem Gewebe präziser, effizienter und reproduzierbarer macht. Diese Innovation, veröffentlicht in der Fachzeitschrift Device, verspricht Fortschritte in der Gewebeentwicklung für Anwendungen wie Krankheitsmodellierung, Arzneimittelentwicklung und implantierbare Transplantate.
Die Gewebeherstellung zielt darauf ab, die Struktur und Funktion biologischer Gewebe nachzubilden. 3D-Bioprinting, bei dem lebende Zellen, biokompatible Materialien und Wachstumsfaktoren Schicht für Schicht zu dreidimensionalen Strukturen verarbeitet werden, gilt als Schlüsseltechnologie. Bisherige Methoden, die auf additiver Fertigung und digitalen Modellen basieren, stoßen jedoch auf Grenzen: Sie fehlen oft an Prozesskontrolle, was zu Fehlern in den gedruckten Geweben und zu Materialverschwendung führt.
Ein Team unter der Leitung von Ritu Raman, Assistenzprofessorin für Maschinenbau am MIT, und Bianca Colosimo von der Polytechnischen Universität Mailand hat nun eine neuartige Lösung vorgestellt. Die Technik kombiniert eine kostengünstige, anpassungsfähige Überwachungsmethode mit KI-basierter Bildanalyse. Ein digitales Mikroskop erfasst hochauflösende Bilder des Gewebes während des Druckprozesses und vergleicht diese in Echtzeit mit dem vorgesehenen Design. So können Abweichungen, wie zu viel oder zu wenig aufgetragene Bio-Tinte, sofort erkannt und Druckparameter optimiert werden.
Die Methode ist nicht nur effektiv, sondern auch erschwinglich: Mit Kosten von weniger als 500 US-Dollar ist sie skalierbar und kann auf nahezu jedem 3D-Bioprinter implementiert werden. Am MIT wurde die Technologie bereits in die Bioprinting-Einrichtungen integriert. Sie ermöglicht nicht nur die Erkennung von Fehlern, sondern legt auch den Grundstein für intelligente Prozesssteuerung, die automatische Anpassungen während des Drucks erlaubt. Dies könnte die Reproduzierbarkeit erhöhen, Materialverschwendung reduzieren und die Optimierung von Druckprozessen beschleunigen.
Die Zusammenarbeit zwischen MIT und der Polytechnischen Universität Mailand, die während Colosimos Forschungsaufenthalt am MIT begann, schafft eine Plattform für zukünftige Projekte. Die Technik wird in beiden Einrichtungen eingesetzt, um Daten und Ergebnisse auszutauschen. Experten sehen darin einen wichtigen Schritt hin zu nachhaltigeren und automatisierten Prozessen in der Gewebeherstellung, die die Qualität von künstlichem Gewebe verbessern und neue Möglichkeiten für die Behandlung von Krankheiten und Verletzungen eröffnen könnten.
