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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer einem biologischen Gewebe nachgebildeten Struktur. Dabei wird insbesondere eine extrazelluläre Matrix des biologischen Gewebes nachgebildet, sodass biologische Zellen in die nachgebildete extrazelluläre Matrix eingebracht werden können, um das gesamte biologische Gewebe nachbilden zu können. Im Weiteren betrifft die Erfindung eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbare Struktur, durch welche zumindest eine extrazelluläre Matrix eines biologischen Gewebes nachgebildet ist. Ein nachgebildetes biologisches Gewebe stellt einen weiteren Gegenstand der Erfindung dar.
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In dem Artikel von Weiß, T. et al. „Two-Photon Polymerization for Microfabrication of Three-Dimensional Scaffolds for Tissue Engineering Application" in O. Gössel, W. C. Schlegel, WC 2009, IFMBE Proceeding 25/X, S. 140–142, 2009 sind dreidimensionale Strukturen beschrieben, in welche biologische Zellen eingebettet werden können. Die Strukturen bestehen aus einem biokompatiblen Photopolymer, beispielsweise L-Lactid-ε-Caprolacton, welcher durch eine Zweiphotonenpolymerisation polymerisiert wird. Eine beispielhaft gezeigte Struktur besitzt eine regelmäßige geometrische Form, welche als Holzhaufen-Struktur bezeichnet wird.
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In dem Artikel von Claeyssens, F. et al.: „Three-Dimensional Biodegradable Structures Fabricated by Two-Photon Polymerization" in Langmuir 2009, Ausgabe 25, S. 3219–3223, ist die Herstellung von dreidimensionalen Strukturen aus biokompatiblen Polymeren auf der Grundlage einer Zweiphotonenpolymerisation gezeigt.
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In dem Artikel von Chan, V. et al.: „Three-dimensional photo-pattering of hydrogels using stereolitography for long-term cell encapsulation" in Lab on a Chip, 2010, Ausgabe 10, S. 2062–2070, ist ein Verfahren zur Polymerisation von Hydrogelen beschrieben, für welches das Licht eines UV-Lasers genutzt wird. Die polymerisierten Hydrogele bilden Strukturen für Zellen aus.
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Aus dem Artikel von Hsieh, T. M.: „Three-dimensional micro-structured tissue scaffolds fabricated by two-photon laser scanning photolitography" in Biomaterials, 2010, zur Veröffentlichung zugelassen am 22. Juni 2010, sind Untersuchungen zur Biokompatabilität eines durch einen Zweiphotonenprozess strukturierten Polymers bekannt.
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Aus dem Artikel von Tsang, V. L.: „Fabrication of 3D hepatic tissue by additive photopatterning of cellular hydrogels" in The FASER Journal, Ausgabe 21, 2007, S. 790–801, ist ein Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Gewebestrukturen auf der Grundlage photopolymerisierbarer Hydrogele bekannt. Die Photopolymerisation erfolgt mithilfe einer UV-Lichtquelle. Material, welches nach der Photopolymerisation ungebunden bleibt, wird ausgewaschen.
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In dem Artikel von Liu, V. A.: „Three-dimensional Photopatterning of Hydrogels Containing Living Cells" in Biomedical Microdevices 4:4, 2002, S. 257–266, ist die Herstellung dreidimensionaler Strukturen durch Photopolymerisation von Hydrogelen beschrieben.
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Aus dem Artikel von Ananda, S. et al.: „The visualization of hepatic vasculature by X-ray micro-computed tomography" in Journal of Electron Microscopy, Ausgabe 55 (3), 2006, S. 151–155, ist ein Verfahren zur dreidimensionalen Tomografie von Blutgefäßen bekannt.
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In dem Artikel von Heckel et al.: „An Anticoagulant With Light-Triggered Anidote Activity" in Angewandte Chemie Int. Ed., Ausgabe 45, 2006, S. 6748–6750, und in dem Artikel von Kim, Y. et al. „Using photons to manipulate enzyme inhibition by an azobenzene-modified nucleic acid probe" in PNAS, Ausgabe 106, Nr. 16, 2009, S. 6489–6494, sind photoaktivierbare Thrombininhibitoren beschrieben.
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In dem Artikel von Linke, K. et al.: „Engineered Liver-Like Tissue on a Capillarized Matrix for Applied Research" in Tissue Engineering, Ausgabe 13, Nr. 11, 2007, S. 2699–2707, und in dem Artikel von Ott, C. et al.: „Regeneration and orthotopic transplantation of a bioartificial lung" in Nature Medicine, Ausgabe 16, 2010, S. 927–933, ist die Besiedlung von extrazellulären Matrizen mit neuen Zellen gezeigt.
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Die
WO 03/037606 A1 zeigt ein Verfahren zum Erzeugen dreidimensionaler Körper oder Oberflächen durch Laserbestrahlung. Bei diesem Verfahren erfolgt eine Polymerisation infolge einer Zweiphotonenabsorption.
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Aus der
DE 699 03 800 T2 sind vaskularisierte perfundierte Anordnungen für Mikrogewebe und Mikroorgane bekannt, welche bevorzugt aus einem biokompatiblen Polymer bestehen und offene Kanäle für Nährstoffe und Sauerstoff aufweisen.
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Die
DE 696 24 241 T2 zeigt ein Verfahren zur Herstellung von Matrizen für vaskularisierte Geweberegeneration, bei welchem Poren für eine Besiedelung mit Zellen sowie Hohlräume mit Öffnungen für Verbindungen mit Kanälen im Gewebe eines Patienten gebildet werden.
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Aus der
DE 697 24 243 T2 ist ein blutstillender Schwamm auf Kollagenbasis bekannt, welcher Thrombin oder einen Vorläufer von Thrombin aufweist.
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Die
DE 101 52 878 A1 zeigt ein Verfahren zum Erzeugen dreidimensionaler Körper oder Oberflächen aus organopolysiloxanhaltigen Ausgangsmaterialien, bei welchem eine Zwei- oder Mehrphotonen-Polymerisation erfolgt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, die Nachbildung von biologischem Gewebe zu verbessern, wofür Strukturen und Verfahren zur Herstellung derselben bereitzustellen sind, welche für die Ansiedlung biologischer Zellen ausreichend gute Bedingungen ermöglichen.
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Die genannte Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst. Im Weiteren wird die Aufgabe durch eine Struktur gemäß dem beigefügten nebengeordneten Anspruch 10 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Herstellung einer einem biologischen Gewebe nachgebildeten Struktur. Die herzustellende Struktur bildet zumindest eine extrazelluläre Matrix, welche eine Nachbildung der extrazellulären Matrix des biologischen Gewebes darstellt. Die herzustellende Struktur kann aber auch bereits eine vollständige Nachbildung des biologischen Gewebes darstellen, sodass es sich um ein zumindest teilweise synthetisch hergestelltes Gewebe handelt. Jedenfalls ist die herzustellende Struktur dazu geeignet, dass in ihr biologische Zellen angesiedelt werden können und diese Zellen dort die das Leben kennzeichnenden Funktionen ausüben können.
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In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Daten bereitgestellt, welche einen strukturellen Aufbau zumindest von Komponenten der extrazellulären Matrix des biologischen Gewebes beschreiben. Die Daten beschreiben die Geometrie der extrazellulären Matrix zumindest in einem solchen Ausmaß, in welchem die extrazelluläre Matrix des biologischen Gewebes nachgebildet werden soll. Durch die Daten wird die geometrische Form der extrazellulären Matrix beschrieben, wobei unterschiedlich geartete Komponenten der extrazellulären Matrix jeweils separat beschrieben sein können. Die Beschreibung erfolgt durch die Angabe zusammenhängender Teilmengen einer Ebene oder des Raumes, wobei als mathematische Mittel beispielsweise analytische Angaben in Form einer Kurven- oder Ebenenfunktion oder die unmittelbare Definition einer Teilmenge einer Ebene bzw. des Raumes geeignet sind. Bevorzugt beschreiben die Daten den strukturellen Aufbau der gesamten extrazellulären Matrix, d. h. die Geometrie aller Komponenten der extrazellulären Matrix. Das Bereitstellen dieser Daten erfolgt beispielsweise dadurch, dass auf die Ergebnisse früherer Untersuchungen entsprechender biologischer Gewebe zurückgegriffen wird. Auch kann das Bereitstellen der Daten dadurch erfolgen, dass das nachzubildende biologische Gewebe mithilfe eines tomografischen Verfahrens analysiert wird.
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In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Vorläufer eines Biopolymers bereitgestellt. Bei dem Vorläufer handelt es sich um einen Ausgangsstoff im Sinne eines Präkursors des Biopolymers, beispielsweise in Form eines Monomers. Bei dem Biopolymer handelt es sich um ein Polymer, welches zumindest biokompatibel ist und bevorzugt als biobasiertes Polymer, insbesondere als natives Biopolymer bereitgestellt wird. Erfindungsgemäß erfolgt ein örtlich gezieltes Bestrahlen des Vorläufers mit einer elektromagnetischen Strahlung, wobei das Bestrahlen, insbesondere die Auswahl der zu bestrahlenden Bereiche, gemäß dem durch die Daten beschriebenen strukturellen Aufbau erfolgt. Es werden also genau diejenigen zusammenhängenden Teilmengen der Ebene bzw. des Raumes bestrahlt, welche durch die Daten definiert sind. Die elektromagnetische Strahlung kann beispielsweise durch ein fokussiertes Licht oder durch einen Laserstrahl gebildet sein. Erfindungsgemäß wird die elektromagnetische Strahlung so bemessen, dass in den bestrahlten Bereichen des Vorläufers eine Zwei- oder Multiphotonen-Absorption stattfindet, durch welche der Vorläufer in den bestrahlten Bereichen zu dem Biopolymer polymerisiert wird, sodass er dort zumindest teilweise verfestigt. Da das Bestrahlen des Vorläufers örtlich gezielt entsprechend dem durch die Daten beschriebenen strukturellen Aufbau erfolgt, wird das gebildete Biopolymer mit einer Struktur ausgebildet, welche der extrazellulären Matrix des biologischen Gewebes nachgebildet ist. Das polymerisierte Biopolymer stellt einen zumindest teilweise verfestigten Körper dar, dessen ebene bzw. räumliche Ausdehnung zumindest teilweise der ebenen bzw. räumlichen Ausdehnung der extrazellulären Matrix des nachzubildenden biologischen Gewebes gleicht.
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Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die mit diesem Verfahren herstellbare Struktur in ihrer Geometrie und ihrem strukturellen Aufbau der extrazellulären Matrix des nachzubildenden biologischen Gewebes angeglichen ist, wodurch die Struktur im Vergleich zum Stand der Technik deutlich verbesserte Lebensbedingungen für die entsprechenden biologischen Zellen bietet.
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Die Daten beschreiben die extrazelluläre Matrix des biologischen Gewebes bevorzugt dreidimensional, sodass die Daten den strukturellen Aufbau der extrazellulären Matrix in seiner räumlichen Ausbildung beschreiben. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das örtlich gezielte Bestrahlen des Vorläufers mit der elektromagnetischen Strahlung demzufolge gemäß dem durch die Daten dreidimensional beschriebenen strukturellen Aufbau, sodass das gebildete Biopolymer durch das Bestrahlen dreidimensional ausgebildet wird. Die durch das Biopolymer nachgebildete Struktur ist in ihren räumlich-geometrischen Eigenschaften der extrazellulären Matrix des nachzubildenden biologischen Gewebes nachgebildet.
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Der strukturelle Aufbau der extrazellulären Matrix wird durch die Daten zumindest dahingehend beschrieben, dass geometrische Ausformungen, beispielsweise Hohlräume definiert sind, in denen biologische Zellen angesiedelt werden können. Darüber hinaus wird durch die Daten bevorzugt die Anordnung von Kanälen in der Funktion von Gefäßen in der extrazellulären Matrix des biologischen Gewebes beschrieben. Die Gefäße dienen beispielsweise dem Transport von Flüssigkeiten, wie Blut, Nährstofflösung oder Wasser innerhalb des biologischen Gewebes, wobei die Gefäße in der nachzubildenden Struktur für die jeweils gleiche Aufgabe vorgesehen sind. Die Gefäße dienen insbesondere der Versorgung der biologischen Zellen in dem biologischen Gewebe bzw. in der nachgebildeten Struktur. Die Anordnung der Gefäße, bevorzugt die räumliche Ausbildung der Gefäße in der extrazellulären Matrix des biologischen Gewebes, gleicht bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens der Anordnung bzw. räumlichen Ausbildung von Gefäßen, welche beim Polymerisieren des Vorläufers im aushärtenden Biopolymer entstehen.
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Die Daten beschreiben bevorzugt weiterhin die Anordnung auch derjenigen Gefäße in der extrazellulären Matrix des biologischen Gewebes, welche als Kapillaren ausgebildet sind. Dementsprechend weist die herzustellende Struktur auch diejenigen Gefäße auf, welche als Kapillaren ausgebildet sind und für die Versorgung aufzunehmender biologischer Zellen von besonderer Bedeutung sind.
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Das von den Daten beschriebene biologische Gewebe ist bevorzugt tierisch oder menschlich. Dementsprechend dient das erfindungsgemäße Verfahren dazu, menschliches oder tierisches Gewebe nachzubilden.
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Das von den Daten beschriebene biologische Gewebe ist bevorzugt durch ein Organ eines Tieres oder eines Menschen gebildet, sodass das erfindungsgemäße Verfahren der Nachbildung eines menschlichen bzw. tierischen Organs dient. Bei dem Organ kann es sich beispielsweise um eine Leber, eine Niere oder eine Milz handeln. Die Daten beschreiben in einem solchen Fall beispielsweise die extrazelluläre Matrix einer Leber, insbesondere die in der Leber vorhandenen Gefäße, über welche die Leberzellen im Blutkreislauf stehen.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Fibrinogen als Vorläufer des Biopolymers Fibrin bereitgestellt. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens polymerisiert Fibrinogen zu Fibrin, so wie es auch im Ergebnis von biologischen Prozessen, insbesondere bei einer Blutgerinnung der Fall ist. Im Rahmen der Erfindung wurde überraschenderweise festgestellt, dass diese Polymerisation auch durch eine Zwei- oder Multiphotonen-Absorption bzw. Zwei- oder Multiphotonen-Anregung ausgelöst werden kann, wofür das Fibrinogen mit einer entsprechend bemessenen elektromagnetischen Strahlung zu bestrahlen ist. Bei Fibrinogen oder auch Faktor I handelt es sich um ein lösliches Glycoprotein mit einem hohen Molekulargewicht von ca. 340 kDal, welches im Blutplasma vorkommt. Es besteht aus drei nichtidentischen Paaren von Polypeptidketten (Aα, Bβ, γ)2, die über kovalente Disulfidbrücken verbunden sind. Die aminoterminalen Regionen der sechs Polypeptide sind über Disulfidbrücken in enger räumlicher Nachbarschaft angeordnet, wohingegen die Carboxylenden weiter verstreut vorliegen. Bei den A- und B-Teilen der Aα- und Bβ-Ketten handelt es sich um die Fibrinopeptide A und B, welche einen Überschuss an negativen Ladungen aufweisen. Dies erleichtert die Löslichkeit von Fibrinogen im Plasma und verhindert aufgrund der elektrostatischen Abstoßung auch eine Aggregation der Fibrinogen-Moleküle. Die Umwandlung von löslichem Fibrinogen in polymeres Fibrin ist einer der wichtigsten Schritte bei der Blutgerinnung und wird normalerweise durch Thrombin katalysiert. Thrombin als Serinproteinase spaltet die kleinen Fibrinopeptide A und B (16 bzw. 14 Aminosäuren) vom hochmolekularen Fibrinogen ab. Dadurch werden Bindungsstellen freigelegt, die es dem nun Fibrin genannten Molekül erlauben, sich spontan zu langkettigen Polymeren zusammenzulagern. Diese Aggregation wird auch durch den Wegfall des Überschusses an negativen Ladungen gefördert. Nachfolgende Verknüpfungen zwischen der Amidgruppe von Glutaminen und der ε-Aminogruppe von Lysinen durch eine Transglutaminase führt zu einem Cross-Linking der bereits polymerisierten Fibrinfasern in ein stabileres Gebilde, genannt Thrombus. Diese über eine komplexe Enzymkaskade initialisierte und terminierte Polymerisation des löslichen Fibrinogens in den über Cross-Linking stabilisierten Thrombus kann bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vollständig nichtenzymatisch auf der Grundlage des Fibrinogens erfolgen. Daher wird diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt enzymfrei, insbesondere ohne die Anwesenheit von Thrombin, durchgeführt, wohingegen der natürliche biologische Prozess das Enzym Thrombin voraussetzt. Zumindest wird diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt unter Abwesenheit eines oder mehrerer der für die biologische Polymerisation notwendigen Enzyme durchgeführt. Die erste Bildung der langkettigen Polymere geschieht mittels Zwei- oder Multiphotonenpolymerisation in der beschriebenen Art und Weise. Die nachfolgende Verknüpfung von Glutaminen und Lysinen über eine Transglutaminase erfolgt bevorzugt auf dem Wege einer chemischen Verknüpfung, besonders bevorzugt dadurch, dass das bereitgestellte Fibrinogen oder die nach Bestrahlung polymerisierten Fibrinfasern mit DSS, DSP, DTSSP und/oder Sulfo-NHS-SS-Biotin in Reaktion gebracht werden, um Aminoreste des Fibrinogens oder der Fibrinfasern zu modifizieren, wodurch die Struktur der Fibrinfasern in der Weise stabilisiert wird, dass ein Thrombus erzeugt wird. Die genannten Möglichkeiten zur chemischen Verknüpfung sind weiterführend im Zusammenhang mit der Stabilisierung von Kollagen weiter unten beschrieben.
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Bei einer alternativen besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Kollagen als Vorläufer des durch polymerisiertes Kollagen gebildeten Polymers bereitgestellt. Das Kollagen, welches bevorzugt durch natives Kollagen gebildet ist, polymerisiert ebenso wie das Fibrinogen infolge einer Zwei- oder Multiphotonen-Absorption bzw. Zwei- oder Multiphotonen-Anregung, welche durch eine entsprechend bemessene elektromagnetische Strahlung bewirkt wird. Hierfür ist im Gegensatz zu dem natürlichen Prozess kein Vernetzungsmittel erforderlich, sodass diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt in Abwesenheit von Vernetzungsmitteln oder bevorzugt zumindest in partieller Abwesenheit von Vernetzungsmitteln erfolgt.
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Das bereitzustellende Kollagen weist bevorzugt eine Tripelhelix-Struktur mit einem Peptidsequenzmotiv -Gly-Xaa-Yaa- in einer Primärstruktur mit zumindest einem Anteil an Prolin an der Xaa-Position und mit zumindest einem Anteil an Hydroxiprolin an der Yaa-Position auf. Derartiges Kollagen ist geeignet, zu einem biokompatiblen Polymer zu polymerisieren.
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Das polymerisierte Kollagen bildet bevorzugt Fibrillen aus, durch welche die der extrazellulären Matrix nachgebildete Struktur verstärkt wird.
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Das bereitgestellte Kollagen weist bevorzugt weiterhin kovalent gebundene Polyethylenglykolreste der Zusammensetzung -O-(CH2CH2-O-)n mit 2 ≤ n ≤ 400 auf, durch welche die Struktur des Kollagen stabilisiert wird.
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Das bereitgestellte Kollagen wird bevorzugt mit 2-Bromoethylamine, Ethylenimine, N-(β-Iodoethyl)trifluoroacetamide und/oder 2-Aminoethyl-2'-aminoethanethiolsulfonate in Reaktion gebracht, um Sulfhydrylgruppen des Kollagens zu modifizieren, wodurch die Struktur des Kollagen stabilisiert wird.
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Das bereitgestellte Kollagen wird bevorzugt mit Disuccinimidyl suberate (DSS); Dithiobis [succinimidyl propionate] (DSP); Synonim 3,3'-dithio-bis-(3-sulfo-N-hydroxysuccinimidylpropionate)disodium (DTSSP) und/oder Sulfosuccinimidyl 2-(biotinamido)-ethyl-1,3-dithiopropionate (Sulfo-NHS-SS-Biotin) in Reaktion gebracht, um Aminoreste des Kollagen zu modifizieren, wodurch die Struktur des Kollagen stabilisiert wird.
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Der Vorläufer kann in unterschiedlichen Formen bereitgestellt werden. Der Vorläufer kann beispielsweise als verdünnte Lösung oder auch als verdünnte, gepufferte Lösung in einem wässrigen Medium bereitgestellt werden. Auch kann der Vorläufer als verdünnte Lösung in einem nichtwässrigen Medium bereitgestellt werden. Alternativ wird der Vorläufer bevorzugt in einem trockenen Zustand als Pulver oder als Folie bereitgestellt. Der Vorläufer, insbesondere das Kollagen wird bevorzugt in einer konzentrierten Form als gelartige Substanz oder als Substanz, die durch Trocknen einer verdünnten Lösung oder einer konzentrierten Lösung verfestigt ist, bereitgestellt.
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Bei einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Vorläufer, insbesondere das Fibrinogen in einem Gemisch bereitgestellt, welches biologische Zellen umfasst, die in ihrer Art Zellen des nachzubildenden biologischen Gewebes gleichen. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die nachgebildete Struktur, insbesondere die nachgebildete extrazelluläre Matrix bereits biologische Zellen auf, wodurch das biologische Gewebe bereits in Teilen oder in seiner Gesamtheit nachgebildet ist.
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Das Bereitstellen der Daten erfolgt bevorzugt dadurch, dass das nachzubildende biologische Gewebe mit einem dreidimensionalen tomografischen Verfahren analysiert wird. Bei der Analyse des biologischen Gewebes durch das dreidimensionale tomografische Verfahren wird insbesondere die dreidimensionale Struktur der Gefäße erfasst.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die elektromagnetische Strahlung für solche Zellen, welche in ihrer Art Zellen des biologischen Gewebes gleichen, unschädlich. Insbesondere wird keine Strahlung im UV-Bereich verwendet. Somit können die Zellen bereits während des Bestrahlens des Vorläufers am Ort der auszubildenden Struktur angeordnet sein, ohne während des Bestrahlens zerstört zu werden. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können bereits lebende Zellen in der der extrazellulären Matrix nachempfundenen Struktur angeordnet sein, sodass das biologische Gewebe in Teilen oder in seiner Gesamtheit nachgebildet wird. Die elektromagnetische Strahlung. ist bevorzugt durch rotes oder infrarotes Licht gebildet, welches für viele Zellen unschädlich ist.
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Die elektromagnetische Strahlung wird besonders bevorzugt auf die zu bestrahlenden Bereiche des Vorläufers fokussiert, um das örtlich gezielte Bestrahlen des Vorläufers zu gewährleisten. Die fokussierte elektromagnetische Strahlung erlaubt eine dreidimensionale Strukturierung des zu polymerisierenden Biopolymers.
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Die elektromagnetische Strahlung ist bevorzugt durch einen Strahl eines Lasers gebildet. Der Laserstrahl kann exakt örtlich gezielt auf den Vorläufer gerichtet werden. Der Laserstrahl wird besonders bevorzugt fokussiert, beispielsweise mithilfe einer abbildenden Optik.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Anteile des Vorläufers, welche nach dem Bestrahlen nicht polymerisiert sind, ausgeschwemmt. Durch das Ausschwemmen werden u. a. Hohlräume entleert, welche zur Aufnahme von biologischen Zellen vorgesehen sind.
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Bei einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ein fortgesetztes Strukturieren des polymerisierten Biopolymers durch ein örtlich gezieltes Bestrahlen des polymerisierten Biopolymers mit einer zerstörenden elektromagnetischen Strahlung, wobei die zerstörende elektromagnetische Strahlung so bemessen wird, dass sie die Polymerisation in den bestrahlten Bereichen des polymerisierten Biopolymers zerstört.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist weiterhin zur Herstellung eines dem biologischen Gewebe nachgebildeten Gewebes ausgebildet, wofür es weiterhin einen Schritt umfasst, bei welchem biologische Zellen in die der extrazellulären Matrix des biologischen Gewebes nachgebildeten Struktur eingeschwemmt werden. Die biologischen Zellen gleichen in ihrer Art Zellen des nachzubildenden biologischen Gewebes. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht die technische Herstellung eines biologischen Gewebes, beispielsweise in Form eines menschlichen oder tierischen Organs.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist durch eine Struktur gegeben, welche einer extrazellulären Matrix eines biologischen Gewebes nachgebildet ist und mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens herstellbar ist.
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Ein Gewebe, welches mit einer zur Herstellung eines Gewebes vorgesehenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens herstellbar ist, stellt einen weiteren Gegenstand der Erfindung dar. Dieses Gewebe kann in Form eines vollständigen menschlichen oder tierischen Organs ausgebildet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 03/037606 A1 [0011]
- DE 69903800 T2 [0012]
- DE 69624241 T2 [0013]
- DE 69724243 T2 [0014]
- DE 10152878 A1 [0015]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Weiß, T. et al. „Two-Photon Polymerization for Microfabrication of Three-Dimensional Scaffolds for Tissue Engineering Application” in O. Gössel, W. C. Schlegel, WC 2009, IFMBE Proceeding 25/X, S. 140–142, 2009 [0002]
- Claeyssens, F. et al.: „Three-Dimensional Biodegradable Structures Fabricated by Two-Photon Polymerization” in Langmuir 2009, Ausgabe 25, S. 3219–3223 [0003]
- Chan, V. et al.: „Three-dimensional photo-pattering of hydrogels using stereolitography for long-term cell encapsulation” in Lab on a Chip, 2010, Ausgabe 10, S. 2062–2070 [0004]
- Hsieh, T. M.: „Three-dimensional micro-structured tissue scaffolds fabricated by two-photon laser scanning photolitography” in Biomaterials, 2010, zur Veröffentlichung zugelassen am 22. Juni 2010 [0005]
- Tsang, V. L.: „Fabrication of 3D hepatic tissue by additive photopatterning of cellular hydrogels” in The FASER Journal, Ausgabe 21, 2007, S. 790–801 [0006]
- Liu, V. A.: „Three-dimensional Photopatterning of Hydrogels Containing Living Cells” in Biomedical Microdevices 4:4, 2002, S. 257–266 [0007]
- Ananda, S. et al.: „The visualization of hepatic vasculature by X-ray micro-computed tomography” in Journal of Electron Microscopy, Ausgabe 55 (3), 2006, S. 151–155 [0008]
- Heckel et al.: „An Anticoagulant With Light-Triggered Anidote Activity” in Angewandte Chemie Int. Ed., Ausgabe 45, 2006, S. 6748–6750 [0009]
- Kim, Y. et al. „Using photons to manipulate enzyme inhibition by an azobenzene-modified nucleic acid probe” in PNAS, Ausgabe 106, Nr. 16, 2009, S. 6489–6494 [0009]
- Linke, K. et al.: „Engineered Liver-Like Tissue on a Capillarized Matrix for Applied Research” in Tissue Engineering, Ausgabe 13, Nr. 11, 2007, S. 2699–2707 [0010]
- Ott, C. et al.: „Regeneration and orthotopic transplantation of a bioartificial lung” in Nature Medicine, Ausgabe 16, 2010, S. 927–933 [0010]