Ny 3D-printmetode af levende strukturer med indbyggede sensorer | Carlsbergfondet
Til oversigt

Ny 3D-printmetode af levende strukturer med indbyggede sensorer

Bioprintede strukturer, der viser printede strukturer (hydrogel, iltfølsomme nanopartikler, og stamceller) i vækstmedie. Foto: Erik Trampe, Biologisk Institut Københavns Universitet

En ny 3D-printmetode kan afsløre, hvor effektivt levende celler optager eller producerer ilt, når de vokser i komplekse strukturer. Det kan få stor betydning for blandt andet forståelsen af bakterieinteraktioner og hvordan mikroalger bedst mulig omsætter lys. Desuden kan metoden vise sig som et stærkt redskab inden for stamcelleforskningen og vævs- og knoglebehandling.

Bag den banebrydende nye teknik står et internationalt forskerhold ledet af Professor Michael Kühl fra Biologisk Institut på Københavns Universitet. Kühl, der blandt andet har gjort brug af en infrastrukturbevilling fra Carlsbergfondet til arbejdet, har netop publiceret resultaterne i tidsskriftet Advanced Functional Materials.

Læs den videnskabelige artikel


Konkret har han sammen med sin forskergruppe og tyske kolleger ved TU Dresden for første gang implementeret ilt-følsomme nanopartikler i en hydrogel, der kan bruges til at 3D-printe komplekse biofilm og vævslignende strukturer med levende celler.  

”3D printere er vidt udbredte og anvendes i mange sammenhænge til produktion af emner i plast, metal og andre materialer. Levende celler kan også 3D printes i gel-materialer, og 3D bioprint-teknikker er i en rivende udvikling inden for f.eks. biomedicinsk vævs-og knogle-rekonstruktion. Her dyrkes stamceller i 3D printede strukturer, der simulerer væv og knoglers komplekse struktur. Men indtil nu har det været en hæmsko, at cellernes stofskifte i sådanne strukturer ikke har kunnet moniteres online uden destruktiv prøvetagning. Det problem har vi nu løst, og opfindelsen er pt. ved at blive patenteret”, forklarer Michael Kühl.

Rødt lys afslører mængden af ilt

Forskergruppen har altså implementeret iltfølsomme nanopartikler i det gelmateriale, som anvendes til at 3D-printe celler. Når nanopartiklerne i de printede strukturer stimuleres kortvarigt med blåt lys, udsender de rødt lys, hvis intensitet afspejler iltkoncentrationen. Devisen er således: jo mere ilt, desto mindre rødt lys udsendes der.

Fordelingen af rød lysudsendelse henover 3D-bioprintede strukturer kan optages online med et kamerasystem, hvorved fordelingen af ilt kan kortlægges i forhold til fordelingen af celler i de printede strukturer. Uden at det er nødvendigt at udtage prøver.

”Det er vigtigt, at nanopartiklerne ikke påvirker gelmaterialets mekaniske egenskaber for at undgå at cellerne ødelægges ved printprocessen. Samtidig bør nanopartiklerne ikke have indflydelse på cellernes stofskifte.  Vi har løst begge dele, og vores metode kan benyttes både på mikroalger og følsomme humane stamceller,” siger Michael Kühl.

I artiklen viser forskerholdet, hvordan den nye metode kan anvendes til at monitere mikroalgers fotosyntese og respiration og stamcellers respiration i bioprintede strukturer med en eller flere forskellige celletyper printet i forskellige gelstrukturer.

Udover Carlsbergfondet har Danmarks Frie Forskningsfond støttet forskningen.

Læs mere om forskningen hos Københavns Universitet 


Til oversigt