Optimierung und Weiterentwicklung eines auf Photopolymerisation basierenden, biologischen 3D Druckverfahrens (Bioprinting) und des Prototyps eines Wundverschlusses für die personalisierte Versorgung in der Schwerelosigkeit
Die Wundheilung von Hautverletzungen, insbesondere von Brandwunden, stellt nicht nur auf der Erde eine klinische Herausforderung dar, sondern auch in der modernen Raumfahrt. Autologe Vollhauttransplantate sind oft die einzige Behandlungsmöglichkeit für großflächige Brandwunden, deren Nutzung allerdings auf langfristigen Weltraumflügen nicht umsetzbar ist. Künstliche Vollhauttransplantate hingegen werden in vitro (im Labor) erzeugt und sollen die native Haut nachahmen. Sie enthalten oft lebende Zellen und bieten so eine Möglichkeit, die endogene Heilung zu fördern. Allerdings ist auch die aufwendige Herstellung von künstlichen Vollhauttransplantaten während eines Weltraumfluges aufgrund der Platz- und Gewichtsbeschränkungen nur schwer realisierbar. Hier bietet der 3D Biodruck nicht nur die Möglichkeit der schnellen und effizienten Erzeugung von exakt kontrollierbaren, dreidimensionalen Strukturen, sondern auch der Integration von viablen, biologischen Komponenten zur Fertigung eines optimierten, personalisierten, biologisch aktiven Wundverschlusses.
Es wurde daher von uns in der Vergangenheit ein stereolithografisches 3D Biodrucksystem für Mikrogravitationsumgebungen entwickelt, auf welchem nun in einem nächsten Schritt ein von uns etabliertes, 3D biogedrucktes, in vitro Wundverbandsmodell gefertigt werden soll.
Dieses Wundverbandsmodell soll nun das erste Mal unter Mikrogravitationsbedingungen während eines Parabelfluges 3D biogedruckt werden, um den Einfluss der Umgebungsgravitation auf die Zellen während des Druckvorgangs zu untersuchen. Generell ist der stereolithografische 3D Biodruck viabler Zellen ein etablierter Prozess, welcher unter Normalgravitation kaum negativen Einfluss auf die Zellviabilität zeigt; eine Eigenschaft, welche für die Fertigung biologisch aktiver Komponenten essenziell ist und auch unter Mikrogravitationsbedingungen einen entscheidenden Einfluss auf die Qualität des gedruckten Wundverbandsmodells hat. Im Parabelflug soll in einer Machbarkeitsstudie nun die grundsätzliche Funktionalität des biologischen Systems nach dem 3D Biodruck unter Mikrogravitationsbedingungen gezeigt werden.
Die Verifizierung der biologischen Stabilität der genutzten Komponenten während des stereolithografischen 3D Biodrucks in einer Mikrogravitationsumgebung ermöglicht auch die Entwicklung anderer 3D biogedruckter Medizinprodukte und -anwendungen für die Patientenbehandlung während des Raumfluges. Damit wird eine große Hürde auf dem Weg zu langfristigen Weltraumflügen angegangen.
Zukünftig ist die Etablierung eines 3D biogedruckten, in vitro Wundverbands ein erster Schritt hin zu einem personalisierten, künstlichen Vollhauttransplantat zur Behandlung von großflächigen Brandwunden für Patienten auf der Erde und im Weltall.