Formulierung einer porösen Gelatine-Methacrylat-Polyethylenoxid Biotinte als in vitro Zellkulturmatrix für NIH-3T3 Fibroblasten und Untersuchung deren Druckeigenschaften im volumetrischen Biodruck

Makroporöse Hydrogele gewinnen im 3D-Biodruck zunehmend an Bedeutung, da sie durch ihre hohe Permeabilität für Nährstoffe und Sauerstoff sowie ihre Funktion als Zellkulturmatrix vielversprechend für die Herstellung von Gewebeersatz sind. Die Kombination aus hoher Zytokompatibilität und guten Druckeigenschaften stellt jedoch weiterhin eine Herausforderung dar, weshalb neue Biotintenformulierungen erforderlich sind. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines Herstellungsverfahrens für ein GelMa/PEO-Biotintensystem, dessen biologische und materialwissenschaftliche Eigenschaften evaluiert und mit konventionellem GelMa-Hydrogel verglichen wurden. Hierzu wurden porenbildungsrelevante Faktoren identifiziert, auf die Erzeugung möglichst großer, verbundener Gelporen optimiert und in einem standardisierten Protokoll zusammengeführt. Zur Untersuchung der Zytokompatibilität wurden NIH/3T3-Mausfibroblasten sieben Tage in 8 %igen GelMa-Hydrogelen mit unterschiedlichen PEO-Anteilen kultiviert. Analysiert wurden Zellvitalität (Live/Dead), Proliferation (DNA-Assay), metabolische Aktivität (CCK-8) sowie Zellmorphologie und -verteilung (Phalloidin-Färbung). Die Permeabilität wurde mittels Diffusions- und Freisetzungsversuchen mit FITC-Dextran bestimmt, die Druckgenauigkeit durch optische Vermessung gedruckter Ringe und Quader bewertet. Hydrogele mit 1,6 % PEO zeigten die höchste Zytokompatibilität, kanalartige Porenstrukturen und eine verbesserte Permeabilität. Aufgrund optischer Streueffekte erreichten sie jedoch keine maßhaltigen Druckergebnisse. Niedrigere PEO-Konzentrationen bis 1,4 % ermöglichten hingegen eine deutlich höhere Druckgenauigkeit mit bis zu ≤ 10 % Abweichung von den Zielmaßen bei weiterhin positivem Einfluss auf das Zellwachstum.