Biofabrikation – Gewebemodelle

1. Biofabrikation komplexer Gewebemodelle zur Umsetzung der 3R-Prinzipien in der biomedizinischen Forschung

Das 3R-Konzept dient als grundlegender Rahmen zur Minimierung des Einsatzes von Tierversuchen in der biomedizinischen Forschung. In diesem Zusammenhang bieten Biofabrikationstechnologien vielversprechende Alternativen zu herkömmlichen Tierversuchen, da sie die Erzeugung physiologisch relevanter Gewebemodelle ermöglichen. Der Lehrstuhl Biomaterialien konzentriert sich auf die Entwicklung von Gewebeanaloga fabriziert durch Extrusions- und Drop-on-Demand-(DoD)-Biodruckverfahren, um die native Gewebearchitektur sowohl in ihrer Zusammensetzung als auch in ihrer hierarchischen Struktur nachzubilden. Die verwendeten Bioinks basieren auf chemisch modifiziertem Alginat, das die Integration maßgeschneiderter Adhäsionsmoleküle erlaubt, um gezielte Zell-Matrix-Interaktionen zu erlauben. Darüber hinaus ermöglichen komposite Bioink-Formulierungen mit anorganischen Biomaterialien die präzise Anpassung der biomechanischen Eigenschaften an die Anforderungen des Zielgewebes und unterstützen so sowohl die strukturelle Integrität als auch das funktionelle Zellverhalten.

Die hergestellten komplexen Modelle stellen eine vielfältige Plattform für die grundlagenwissenschaftliche Forschung, Tumormodelle und in-vitro-Therapieansätze dar und leisten damit einen wesentlichen Beitrag zur Umsetzung der 3R-Prinzipien. Die durchgeführten Studien des Lehrstuhls zeigen, dass die Kombination von Extrusions- und DoD-Biofabrikation mit optimierten Alginat-basierten Bioinks den Weg zu realistischen, reproduzierbaren und 3D skalierbaren Gewebemodellen ebnet. Diese komplexen Gewebemodelle schließen die Lücke zwischen konventioneller Zellkultur und in-vivo-Systemen.

2. Übersichts-/ Originalartikel

[1] E. Karakaya, F. Bider, A. Frank, J. Teßmar, L. Schöbel, L. Forster, S. Schrüfer, H.-W. Schmidt, D.W. Schubert, A. Blaeser, A.R. Boccaccini, R. Detsch, Targeted Printing of Cells: Evaluation of ADA-PEG Bioinks for Drop on Demand Approaches, Gels. 8 (2022).

[2] H.-H. Lu, C. Froidevaux, I. Biermann, H. Kaňková, M. Büchner, D. W. Schubert, S. Salehi, A. R. Boccaccini. Printable ADA-GEL-based composite inks containing Zn-doped bioactive inorganic fillers for skeletal muscle biofabrication, Biomaterials Advances 172 (2025) 214233.

[3] S. Heltmann‐Meyer, R. Detsch, J. Hazur, L. Kling, S. Pechmann, R.R. Kolan, J. Osterloh, A.R. Boccaccini, S. Christiansen, C.I. Geppert, A. Arkudas, R.E. Horch, D. Steiner, Biofunctionalization of ADA‐GEL Hydrogels Based on the Degree of Cross‐Linking and Polymer Concentration Improves Angiogenesis, Adv. Healthcare Mater. (2025).

3. Informationen zum Lehrstuhl

Der Lehrstuhl Biomaterialien widmet sich auf vielfältige Weise sowohl auf nationaler als auch auf internationaler Ebene der Thematik der Biofabrikation. Im Fokus stehen hierbei geförderte Grundlagen-orientierte Projekte, Industrievorhaben z.B. mit Druckerherstellern sowie Standardisierungen der Biofabrikation für eine klinisch translationale und industrielle Umsetzung.

4. Kontakt

Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h.c. Aldo R. Boccaccini

Lehrstuhl Werkstoffwissenschaften (Biomaterialien)

Cauerstrasse 6

91058 Erlangen

Telefon: +49 9131 85 28601

Mail: aldo.boccaccini@fau.de