Gewebezüchtung
Tissue Engineering und regenerative Medizin sind interdisziplinäre Fachgebiete, deren Ziel es ist, biologische Ersatzstoffe zu entwickeln, um die Gewebefunktion wiederherzustellen, zu erhalten, zu verbessern oder erkranktes und geschädigtes Gewebe zu ersetzen. Sowohl Hartgewebe (z. B. Knochen, Knorpel) als auch Weichgewebe (z. B. Haut, Herzklappen) können mittels Tissue Engineering hergestellt werden. Zellen, Gerüste und wachstumsfördernde Signale sind drei Schlüsselkomponenten für die Herstellung von Gewebeersatzmaterialien. Während beim Tissue Engineering Gewebe in vitro kultiviert wird, kombiniert die regenerative Medizin das Tissue Engineering mit anderen Strategien, darunter zellbasierte Therapie, Gentherapie und Immunmodulation, um eine Geweberegeneration in vivo anzuregen. Biomimetische Gewebekonstrukte werden zudem als In-vitro-Modelle für das Wirkstoffscreening und die Krankheitsmodellierung entwickelt.
Beim Tissue Engineering wird neues Gewebe im Labor gezüchtet, indem Gerüste, native Gewebezellen und bioaktive Moleküle kombiniert werden, um die biologischen Prozesse des Körpers nachzuahmen.
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Gewebegerüste entsprechen den Funktionen der extrazellulären Matrix (ECM) in natürlichem Gewebe. Gewebegerüste bieten den Zellen ein strukturelles und physikalisches Umfeld, in dem sie wachsen, wandern und auf Signale reagieren können; sie verleihen dem entstehenden Gewebe mechanische Eigenschaften und liefern den darin befindlichen Zellen bioaktive Signale zur Regulierung ihrer Aktivität.
Zur Entwicklung von Gewebegerüsten, die die Funktionen der nativen ECM nachahmen, haben sich drei Hauptansätze herausgebildet:
- Das Aussäen von Zellen auf vorgefertigten porösen Gerüsten aus abbaubaren Biomaterialien, darunter dezellularisierte ECM aus allogenen und xenogenen Geweben, natürliche Polymere, Biogläser und synthetische Polymere
- Herstellung von Zellblättern durch Besiedlung von thermoresponsiven, polymerbeschichteten Kulturplatten und Ablösen der Polymerfolie, sobald die Zellen konfluent sind
- Einkapselung von Zellen in eine Hydrogelmatrix aus natürlichen oder synthetischen Polymeren, wie z. B. Bio-Tinten, im 3D-Bioprinting
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