BIOINKS – Auf dem Weg zu gedrucktem Fleisch und Organen

30.01.2023

Bioinks als Materialsystem für die Verarbeitung über 3D-Bioprinting sind eine Enabler-Technologie für die Erzeugung von künstlichen Geweben als Organersatz oder von Laborfleisch. Diese Technologie hat demnach Potenziale für die Biotechnologie, Medizintechnik und Nahrungsmittelindustrie. Im Cross-Cluster-Projekt WECLA haben der Cluster Neue Werkstoffe, der Cluster Ernährung, der Chemie-Cluster Bayern, die Koordinierungsstelle Additive Fertigung und das Kompetenz-Netzwerk Digitale Landwirtschaft Bayern Informationen zu zukünftigen Technologiefeldern aufbereitet, um Hintergründe und Anwendungspotenziale aufzuzeigen.

Was sind Bioinks oder Biotinten?

Bioinks oder Biotinten sind eine Formulierung mit Zellen, die mittels eines automatisierten Biofabrikationsverfahrens prozessiert werden und auch biologisch aktive Zusätze und Biomaterialien enthalten können [1]. Biotinten setzen sich häufig aus Stammzellen, Zellkulturmedien zur Versorgung der Zellen mit Nährstoffen und Biomaterialien zusammen. Die Biomaterialien dienen als Strukturmaterial für Zellen und können diese während der Verarbeitung mittels 3D-Bioprinting schützen. Als Materialklasse kommen hier sehr häufig Hydrogele zum Einsatz, welche Polysaccharide, Proteine oder synthetischen Polymere enthalten. Die charakteristische, verbindende Eigenschaft von Hydrogelen ist deren hoher Wasseranteil durch eine hohe Schwellfähigkeit dieser dreidimensionalen Polymernetzwerke.

Wo liegen die Anwendungsfelder?

Bioinks und Bioprinting sind von Interesse für die Medizintechnik und Pharmaindustrie. Die Erzeugung künstlicher Gewebe für Medikamententests oder als Teil von in-vitro Krankheitsmodellen kann zur Reduzierung von Tierversuchen führen. Neben den Kosteneinsparungen liegen auch die ethischen Aspekte auf der Hand. Weiterhin könnten künstliche Organe den bestehenden Mangel an Spenderorganen ausgleichen.

Die Erzeugung von gedrucktem zellbasierten Fleisch im Labor bzw. in der Fabrik, auch als Cellular Agriculture bezeichnet, würde das Konzept der konventionellen Tierhaltung herausfordern. Zukünftige Vorteile könnten eine Reduktion von CO ₂ -Emissionen und weniger Massentierhaltung sein. Auch in Kombination mit alternativen Proteinen als Ersatz für Fisch und Fleisch kann die Technologie zur Anwendung kommen.

Wie steht es um die wirtschaftliche Verwertung?

Es gibt weltweit bereits zahlreiche Start-Ups, welche sich den beschriebenen technologischen Herausforderungen widmen. Sie arbeiten an der Entwicklung von Hydrogelen, neuartigen Zellkulturmedien für den Ersatz von fötalem Kälberserum und innovativen Bioreaktoren oder Biodruckern.