Bioprinting ist eine faszinierende Technologie mit dem Potenzial, die Medizin und Biotechnologie revolutionär zu verändern. Es ermöglicht die Herstellung von dreidimensionalen Gewebestrukturen, die in Zukunft für klinische Anwendungen und medizinische Forschungszwecke von entscheidender Bedeutung sein könnten. Doch die Reproduzierbarkeit und Standardisierung dieser Technik sind nach wie vor Herausforderungen. In einem bahnbrechenden Schritt hat eine kürzlich in der Zeitschrift »Biofabrication« veröffentlichte Studie mit dem Titel »On the reproducibility of extrusion-based bioprinting: round robin study on standardization in the field« versucht, diese Fragen anzugehen.
Die Kernergebnisse der Round-Robin-Studie
Das Hauptziel dieser Studie war es, die Reproduzierbarkeit und Robustheit des extrusionsbasierten Bioprinting-Prozesses zu überprüfen, indem sie Daten aus verschiedenen Laboren in ganz Deutschland sammelte. Insgesamt nahmen 12 akademische Labore an der Studie teil. Sie analysierten die Wechselwirkungen zwischen der verwendeten Biotinte, dem Druckprozess und der Druckausrüstung. Zusätzlich erfolgte eine qualitative Bewertung der gedruckten Geometrien und die Extraktion von quantitativen geometrischen Merkmalen. Die statistische Analyse und Datenvisualisierung wurden von dem organisierenden Labor durchgeführt.
Wie können die Ergebnisse die Reproduzierbarkeit von Bioprinting-Prozessen verbessern?
Die Ergebnisse dieser Studie haben bedeutende Auswirkungen auf die Reproduzierbarkeit von Bioprinting-Prozessen. Die Untersuchung identifizierte vor allem die Drucker als den kritischen Faktor bei der Standardisierung, da nicht alle Labore über die gleichen Modelle verfügten. Daraus resultierend wurden Daten aus Laboren, die ähnliche Druckermodelle verwendeten, gruppiert, um die Reproduzierbarkeit zu erhöhen. Des Weiteren wurde eine zentrale Verteilung von Standardarbeitsanweisungen (SOPs) für Tintenpräparation und Druckparameter etabliert. Die Lieferung von Verbrauchsmaterialien und Biomaterialien erfolgte ebenfalls zentral. Das Fraunhofer IGB als Teil des Leistungszentrums Mass Personalization stellte dafür eine der drei Biotinten (auf methacrylierter Gelatine-Basis) und die dazugehörige SOP zur Verfügung. Außerdem beteiligte sich das Institut mit einem eigenen Drucker an der Studie. Eine weitere wichtige Entwicklung war der »Bioprinting Fidelity Imager« (BioFI), ein Gerät zur standardisierten Bilderfassung, der von verschiedenen Laboren zur Aufnahme von Bildern der gedruckten Objekte eingesetzt wurde. Schließlich ermöglichte eine automatisierte Bildanalyse die Extraktion von Merkmalen aus den Bildern der gedruckten Objekte.
Einschränkungen und Herausforderungen
Trotz dieser vielversprechenden Ergebnisse gab es auch Einschränkungen und Herausforderungen in der Studie. Eine Haupterkenntnis war, dass die Ergebnisse zwischen den Laboren trotz der Standardisierung erheblich variierten. Diese Variabilität könnte darauf hinweisen, dass die Ergebnisse immer noch stark von Bedienern und Druckern abhängen. Es war jedoch schwer festzustellen, welcher Faktor den größten Einfluss hatte. Ebenso wurde die Rolle der Bediener bei der Bildgebung nicht ausreichend berücksichtigt. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, könnten zukünftige Ringversuche eine verbesserte Schulung des Laborpersonals, eine Verfeinerung der Bildanalyseverfahren und eine weitere Verbesserung der Standardarbeitsanweisungen (SOPs) umfassen.
Fazit
Die Round-Robin-Studie zum extrusionsbasierten Bioprinting markiert einen wichtigen Schritt in Richtung Verbesserung der Reproduzierbarkeit und Standardisierung in diesem aufstrebenden Feld. Die Identifizierung kritischer Faktoren und die Einführung von SOPs sowie Bildanalysemethoden sind entscheidende Schritte auf dem Weg zuverlässigeren Bioprinting-Prozessen für medizinische Anwendungen. Diese Forschung ebnet den Weg für eine vielversprechende Zukunft, in der Bioprinting eine bedeutende Rolle in der Herstellung von Geweben und Organen für die Transplantationsmedizin und regenerative Therapien spielen kann.
Zur Studie (Open Access):
»On the reproducibility of extrusion-based bioprinting: round robin study on standardization in the field, Biofabrics«, Biofabrication, Volume 16, Number 1; veröffentlicht am 11. Oktober 2023.