Laser-Scanning-Mikroskop-Aufnahmen von BJ-Fibroblasten auf verschieden strukturierten Filmen aus rekombinanter Spinnenseide. Rot: das F-Aktin-Zytoskelett, grün: das Protein Vinculin, blau: der von diesen Zellbestandteilen überlagerte Zellkern. Bilder: V. Trossmann, S. Lentz.
„Seit dem Start unseres Transregio-SFBs im Januar 2018 ist es uns gelungen, ein nachhaltiges standortübergreifendes Kompetenzcluster für Biofabrikation zu etablieren, das mittlerweile eine hohe internationale Ausstrahlungskraft hat. Gemeinsam entwickeln wir mit Hilfe von automatisierten 3D-Druck-Prozessen bisher unbekannte Strukturen aus Materialien und lebenden Zellen, die das Wachstum von Gewebemodellen fördern. Diese sollen, entsprechend den jeweils angestrebten Anwendungen, mit spezifischen funktionalen Eigenschaften ausgestattet sein. Damit eröffnen sich völlig neue Perspektiven für Therapien zur Wiederherstellung von geschädigtem Gewebe, für die Krebsforschung oder die Entwicklung medizinischer Wirkstoffe. Auch Tierversuche werden sich künftig durch verlässliche biotechnologische Verfahren ersetzen lassen“, sagt Prof. Dr. Thomas Scheibel.
Am Beginn der Forschungsarbeiten vor vier Jahren standen die Wissenschaftler*innen noch vor dem Problem, dass es nur wenige zellverträgliche und im 3D-Druck verwendbare Materialien gab. Diese sogenannten Biotinten sollen nicht nur das Überleben der Zellen gewährleisten, sondern überdies in der Lage sein, das Verhalten der Zellen zu steuern und so die Entwicklung eines funktionalen Gewebes zielgerichtet zu fördern. Bei der Entwicklung und dem wissenschaftlichen Verständnis solcher Biotinten konnte der Transregio-SFB sehr große Fortschritte erzielen, wie mehr als 120 Publikationen in renommierten Fachjournalen belegen. Auch einige erfolgreiche Patentanmeldungen sind aus den Forschungsarbeiten hervorgegangen. In der neuen Förderperiode wird sich der Fokus auf die weitere Optimierung der Biotinten richten: Jetzt geht es darum, das Wachstum und die räumliche Anordnung der lebenden Zellen in den durch 3D-Druck entstandenen Strukturen mit hoher Präzision zu steuern.
Der insgesamt auf zwölf Jahre angelegte Transregio-SFB ist so organisiert, dass unterschiedliche Forschungsfeldern an den drei Standorten eng miteinander verzahnt sind: In Bayreuth baut der Verbund auf den universitären Profilfeldern Polymer- und Kolloidforschung und Neue Materialien auf, in Erlangen liegt der Schwerpunkt auf biomedizinischen und biotechnischen Fragestellungen, in Würzburg werden spezielle Anwendungspotenziale für die regenerative Medizin erforscht. Für den Ausbau des Bereichs Biofabrikation an der Universität Bayreuth ist bereits im September 2021 eine zusätzliche neue W3-Professur für Biomechanik besetzt worden, und eine weitere mit dem Titel „Zelluläre Biomechanik“ befindet sich in der Ausschreibung. Beide Professuren werden durch die Hightech-Agenda der Bayerischen Staatsregierung finanziert.
„Großen Wert legen wir in Bayreuth auf die Verknüpfung von Forschung, Studium und wissenschaftlicher Nachwuchsförderung. Bereits 2017 ist an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften ein Master-Studiengang gestartet, der die Studierenden mit den materialwissenschaftlichen und technischen Aspekten der Biofabrikation vertraut macht. Einige der Absolvent*innen arbeiten heute als hochmotivierte Doktorand*innen an spannenden Fragen zur Optimierung von Gewebemodellen und ihren biomedizinischen Anwendungspotenzialen“, sagt Scheibel. Unter seiner Federführung startete, begleitend zum Master-Studiengang, im Sommer 2021 der weltweit erste MOOC (massive open online course) zum Thema Biofabrikation und Biomaterialien auf der Lernplattform EdX.
Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Prof. Dr. Thomas Scheibel
Lehrstuhl Biomaterialien
Fakultät für Ingenieurwissenschaften (ING.) der Universität Bayreuth
Universität Bayreuth
Tel.: +49 (0)921 / 55-6700 und -6701
Mail: thomas.scheibel@uni-bayreuth.de
