Neue Wege bei der Rekonstruktion von Sehnen zeigen eine Rolle für den GeSiM BioScaffolder und innovative Hybridscaffolds auf

Sehnen sind Gewebe welche Muskeln mit Knochen verbinden und Gelenkbewegungen ermöglichen. Sehnenverletzungen sind jedoch oft schwierig zu therapieren, sie erfordern chirurgische Eingriffe mit körperfremdem Material und längere Rehas. Die Nutzung regenerativer Implantate mit passenden mechanischen Eigenschaften, welche Wachstum und Anordnung von Zellen zur Wiederherstellung der natürlichen Struktur der Sehnen unterstützen, könnte eine Option zur Verbesserung der medizinischen Behandlung sein.

Biomaterials Advanced veröffentlichte unlängst eine Studie, in welcher die Autoren neue Ansätze zur Herstellung von 3D Scaffolds für die Sehnenrekonstruktion vorstellen unter Nutzung zweier Biofabrikationstechniken: Sticken und MEW.

Die Stickerei, ein Verfahren, bei dem Roboternähmaschinen und biologisch abbaubare Polymerfäden zum Einsatz kommen, hat sich als vielversprechend erwiesen, wenn es darum geht, die Gewebebildung zu fördern und somit die mechanischen Eigenschaften von Sehnen nachzuahmen. Diesen Scaffolds fehlt jedoch das Potenzial, die Zellinteraktion in zellulären Dimensionen zu moderieren. MEW hingegen ist eine 3D-Drucktechnologie, mit der mikroskalige Strukturen geschaffen werden können, die das Zellverhalten direkt beeinflussen. Die Fähigkeit der Technik, mikroskalige Fasern sehr präzise auf einer Elektrodenplatte abzulagern, ergänzt die Limitierungen von Stickverfahren.

Eine gestickte Faserstruktur wurde aus einem Copolymer, nämlich PLA und PCL, mit einer industriellen Stickmaschine hergestellt.  Die Stickerei wurde auf eine wasserlösliche PVA-Membran aufgebracht, die anschließend aufgelöst wurde. Anschließend platzierte man die gestickte Struktur auf dem GeSiM BioScaffolder, um MEW-Fasern darauf abzuscheiden.

Diese Hybride wiesen ein hierarchisches Porendesign mit Faserausrichtung auf und übertrafen die gestickten sowie reine MEW-Scaffolds. Sie zeigten bessere mechanische und biologische Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Steifigkeit und Porosität und förderten gleichzeitig die Zellanlagerung, -vermehrung und -ausrichtung.

Dieser innovative Ansatz ist nicht nur für die Rekonstruktion von Sehnen vielversprechend, sondern auch für andere Gewebe, die anisotrope Strukturen erfordern, wie Bänder, Nerven und Blutgefäße.

Zusammenfassend unterstreicht die Studie die gemeinsamen Bemühungen interdisziplinärer Techniken im Tissue Engineering. Der GeSiM BioScaffolder ermöglicht Innovationen durch die Komplettierung von Sticktechniken mit MEW und bietet neue Möglichkeiten für eine verbesserte Sehnenrekonstruktion und breitere Tissue-Engineering-Anwendungen.

 

MEW process small
Taken from Fig. 5. Melt electrowritten fibers were placed on top of the embroidery structure with the 30° and the Mixed pattern and collagen coated afterwards (A). The experimental PCL fiber diameters were as intended (B), but the deviation of the fiber spacing increased, leading to a decrease of the mean spacing (C). The 90° of the Mixed (5 μm sized fibers are shown vertically) pattern was maintained whereas the intended 30° pattern was widened (D) [1]

 

[1] Max von Witzleben, Judith Hahn, Ron F. Richter, Bianca de Freitas Machado, Emily Steyer, Kathleen Schütz, Corina Vater, Anne Bernhardt, Cindy Elschner, Michael Gelinsky, Tailoring the pore design of embroidered structures by melt electrowriting to enhance the cell alignment in scaffold-based tendon reconstruction, Biomaterials Advances, Volume 156, 2024, 213708, ISSN 2772-9508, https://doi.org/10.1016/j.bioadv.2023.213708