Wissenschaftler des Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) in Pontedera, Pisa (Italien) haben unter der Leitung von Prof. Gianni Ciofani ein maßstabsgetreues Modell der Blut-Hirn-Schranke mithilfe von 3D-Druck gefertigt. Ziel der Studie im Rahmen des Forschungsprojektes SLaMM ist es, neue Nanotechnologien zur Behandlung von Gehirnerkrankungen zu entwickeln.
Die Ausgangssituation
Die Blut-Hirn-Schranke, eine anatomische, funktionale Struktur, schützt das zentrale Nervensystem vor externen Substanzen, z.B. Krankheitserregern, aber somit auch vor den Wirkstoffen von Medikamenten, die intravenös in den Körper injiziert werden.
Das 3D-gedruckte Nano-Hybrid-Modell soll der Erforschung neuer therapeutischer Methoden zur Überwindung der Blut-Hirn-Schranke sowie zur Behandlung von Gehirnerkrankungen, wie z.B. Tumoren dienen. Es besteht aus einer Kombination künstlicher und biologischer Komponenten.
Die Technologie
Die künstlich hergestellten Komponenten, die sich durch höchste Präzision und Submikrometerdetails auszeichnen, wurden mit der 3D-Druck-Technologie von Nanoscribe realisiert. Durch einen laserlithografischen Prozess auf Basis der Zwei-Photonen-Polymerisation werden dabei lichtempfindliche Materialien Lage für Lage belichtet und ausgehärtet. Dank dieser einzigartigen Fabrikations-Technik waren die Wissenschaftler in der Lage, aus einem flüssigen Fotolack ein akkurates Modell der Blut-Hirn-Schranke in realer Größe zu drucken. Mit einer Nachahmung der Gehirn-Kapillaren besteht das Modell aus einem mikrofluidischen System von 50 parallelen zylindrischen Kanälen, welche durch Abzweigungen verbunden sind und Poren auf den Zylinder-Wänden aufweisen. Jede der rohrförmigen Strukturen hat einen Durchmesser von 10 µm und Poren mit einem Durchmesser von 1 µm, welche gleichmäßig auf alle Zylinder verteilt sind.
Biohybrides System
Nach der Herstellung der komplexen, gerüstartigen Polymer-Strukturen wurden Endothelzellen rund um das poröse Mikrokapillar-System kultiviert. Es entstand ein biohybrides System indem sich die Zellen über die 3D-gedruckte Struktur legten und so eine biologische Barriere bildeten – ähnlich dem natürlichen Modell. Dieses erste Hybrid-Modell der Blut-Hirn-Schranke ist nur wenige Millimeter groß, Flüssigkeiten können mit dem gleichen Druck hindurchfließen wie es bei Blut durch Blutgefäße der Fall ist.
Ausblick
Künftig werden Forscher das Modell nutzen, um die Interaktion von Wirkstoffen und ihrer Abgabe mittels Nano-Vektoren zu verstehen. Die Blut-Hirn-Schranke soll überwunden werden, um das zentrale Nervensystem anzusprechen. Das Hauptziel ist dabei die Entwicklung neuer therapeutischer Methoden zur Behandlung von Gehirntumoren und anderer Gehirnerkrankungen wie z.B. Alzheimer und Multiple Sklerose. Gefördert wird das Projekt vom European Research Council (ERC).
Quellen: Nanoscribe, IIT
