WO2025031537A1 - Method for producing an ink for 3d printing using a polypeptide based on human collagen with a reduced hydroxyproline content - Google Patents

Method for producing an ink for 3d printing using a polypeptide based on human collagen with a reduced hydroxyproline content Download PDF

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WO2025031537A1
WO2025031537A1 PCT/DE2024/100688 DE2024100688W WO2025031537A1 WO 2025031537 A1 WO2025031537 A1 WO 2025031537A1 DE 2024100688 W DE2024100688 W DE 2024100688W WO 2025031537 A1 WO2025031537 A1 WO 2025031537A1
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WO
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polypeptide
ink
printing
scaffold
amino acids
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Application number
PCT/DE2024/100688
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Inventor
Domenic Schlauch
Jan Peter EBBECKE
Iliyana PEPELANOVA
Hamidreza Pirmahboub
Joachim von Arnim
Lutz KLOKE
Original Assignee
Cellbricks Gmbh
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Publication date
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    • C07K14/78Connective tissue peptides, e.g. collagen, elastin, laminin, fibronectin, vitronectin or cold insoluble globulin [CIG]

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing an ink with a polypeptide based on human collagen with a reduced hydroxyproline content according to one of the claims 1 to 7, which is excellently suited for 3D printing. Furthermore, the present invention relates to a corresponding ink for 3D printing and its use in medicine according to one of the claims 8 to 10. The present invention also relates to a method for producing a 3D framework by means of a 3D printing process using the corresponding ink according to one of the claims 11 to 14 and a 3D framework according to one of the claims 15 to 18.
  • 3D printing of 3D scaffolds with a matrix of biopolymers has increased significantly.
  • These 3D scaffolds are either used for the subsequent colonization of living cells, or the living cells are incorporated directly into the matrix of the biopolymer when the 3D scaffold is constructed.
  • living tissues and organs, such as breast implants are also to be produced from living cells that can be implanted into a living being.
  • biopolymers not every biopolymer is suitable, as some of these biopolymers contain sequences and/or groups that can trigger an immune reaction because the immune system recognizes them as foreign proteins, or the biopolymers contain sequences of amino acids that the immune system recognizes as foreign.
  • the biopolymers must be able to be processed into a 3D scaffold at a physiologically tolerable temperature. Biological cells must also find a physiological environment in the biopolymer matrix so that they can maintain or develop their biological activity and retain their differentiation status. There is therefore a need for a biopolymer that comes very close to the properties of the natural extracellular matrix. It is therefore the object of the present invention to provide an ink with a polypeptide which can be processed in the working temperature range of 3D printing and in which the polypeptide meets the aforementioned requirements as well as possible.
  • the present invention provides a method for producing an ink for 3D printing according to claim 1, an ink according to claim 8, a method for producing a 3D framework according to claim 11, and a 3D framework according to claim 15.
  • Subclaims 2 to 7, 9, 10, 12 to 14 and 16 to 18 relate to preferred embodiments.
  • the present invention relates to a method for producing an ink for 3D printing, wherein a polypeptide is added to a solvent, characterized in that the polypeptide is one based on human collagen which has a hydroxyproline content of a maximum of 5%, based on the total number of amino acids of the polypeptide.
  • the inventors of the present invention have come to the conclusion that a maximum proportion of hydroxyproline of 5% in the amino acid chain of the polypeptide makes it possible to produce an ink in which the polypeptide is dissolved.
  • the reason is that such a polypeptide based on human collagen does not form consistently triple-helical structures, so that it is in the liquid state in a working temperature range of 3D printing of preferably 12 °C and higher.
  • the polypeptide has a proportion of hydroxyproline of a maximum of 4%, more preferably a maximum of 3%, even more preferably a maximum of 2%, even more preferably a maximum of 1% and most preferably no hydroxyproline, in each case based on the total number of amino acids of the Polypeptide.
  • the collagen used according to the invention has a lower content of hydroxyproline and this is preferably present as proline.
  • polypeptide based on human collagen is intended to include the following: all collagens, for example fibrillar (I, II, III, V) and non-fibrillar collagens (IV).
  • Polypeptides from or with complete sequences of human collagen polypeptides from or with partial sequences of human collagen as well as polypeptides that comprise or consist of two or more repeating partial sequences of human collagen, where the amino acid sequence of these polypeptides can have at least 80%, preferably at least 90%, more preferably at least 95% sequence identity with the natural human collagen sequences.
  • This is also intended to include the polypeptides mentioned if they are functionalized with at least one crosslinkable group, as described in more detail below.
  • a polypeptide from or with a partial sequence of human collagen is preferred as a polypeptide based on human collagen.
  • the human collagen-based polypeptide is a complete sequence or a partial sequence of collagen I, more preferably the collagen I a-1 chain.
  • sequence identity is to be understood here as meaning that the sequence or order of the amino acids in the polypeptide is identical.
  • X% sequence identity is to be understood as meaning that the sequence or order of the amino acid sequence is X% identical.
  • the polypeptide is one which is present in the liquid state in an aqueous solution at concentrations of 1 to 10 percent by weight per volume (% w/v) at temperatures of 18 °C and above, preferably 16 °C and above, more preferably 14 °C and above, most preferably 12 °C and above.
  • % w/v percent by weight per volume
  • X% w/v is meant herein that X g of polypeptide are contained in 100 ml of water. In this way, it is ensured that the ink in the processing area of 3D printing.
  • the polypeptide is functionalized with at least one crosslinkable group.
  • the crosslinkable group is preferably a photocrosslinkable group.
  • Photocrosslinkable is to be understood here as meaning that the functionalized polypeptide can be crosslinked by the action of (electromagnetic) radiation and optionally the presence of a photoinitiator.
  • the polypeptide has a molecular weight in the range of 20 to 200 Daltons, more preferably in the range of 25 to 150 Daltons, even more preferably 30 to 100 Daltons, based on the amino acids of the amino acid sequence.
  • the ink contains biological cells.
  • a further embodiment of the invention relates to an ink for 3D printing with a polypeptide based on human collagen, which has a hydroxyproline content of a maximum of 5%, based on the total number of amino acids of the polypeptide.
  • the ink according to the invention is preferably obtainable by the above-mentioned method according to the invention.
  • the method for determining the hydroxyproline content is carried out using a Model 835 High-Speed Amino Acid Analyzer from Hitachi, as described below.
  • the ink is preferably one in which the human collagen-based polypeptide is dissolved in water, preferably in a concentration range as specified above with the method according to the invention.
  • the ink is one for use in medicine, preferably in clinical medicine.
  • a further embodiment of the present invention relates to a method for producing a 3D framework using the ink according to the invention, wherein the polypeptide is cured by means of a 3D printing method.
  • the polypeptide is preferably functionalized with at least one crosslinkable group.
  • the curing of the polypeptide preferably takes place by light-based shaping, preferably by light-induced chemical reaction, in which the crosslinkable groups of the polypeptide are chemically crosslinked with one another.
  • the ink in the process for producing a 3D scaffold can contain biological cells. Any biological cells that are required to replicate a complex biological tissue can be used.
  • a further embodiment of the present invention relates to a 3D scaffold that has cross-linked polypeptides, the polypeptides being polypeptides based on human collagen, each of which has a hydroxyproline content of a maximum of 5%, based on the total number of amino acids of the respective polypeptide.
  • the 3D scaffold according to the invention can have biological cells.
  • the cross-linked polypeptides preferably represent an extracellular matrix for the biological cells, in which the biological cells are embedded.
  • the 3D scaffold according to the invention is preferably one that is obtainable by the method according to the invention for producing a 3D scaffold.
  • the 3D scaffold according to the invention can be used in medicine, for example for building replacement tissue structures.
  • Water or water-based buffer systems from cell culture or cell culture media can be used as solvents for the peptides in the ink according to the invention or used according to the invention.
  • the polypeptide used according to the invention is a polypeptide which comprises a first amino acid sequence with at least 70% sequence identity with SEQ ID No. 2, wherein the polypeptide has a further amino acid sequence with a length of 0 to 200 amino acids.
  • the use of the first amino acid sequence makes it possible to provide a polypeptide which is in the liquid state in an aqueous solution at concentrations of 10 weight percent per volume (% w/v) at temperatures of 12 °C and more, so that the polypeptide is well suited for use in bioinks for 3D printing.
  • the polypeptide used according to the invention particularly preferably consists of the first amino acid sequence and the respective further amino acid sequence at the N-terminal end and the C-terminal end of the first amino acid sequence.
  • the further amino acid sequence at the C-terminal end of the first amino acid sequence can be the same or different from the further amino acid sequence at the N-terminal end of the first amino acid sequence.
  • the polypeptides used according to the invention are preferably functionalized with at least one crosslinkable group, and light-based shaping is preferably used in the 3D printing.
  • sequence identity is to be understood here as meaning that the sequence or order of the amino acids in the polypeptide is identical.
  • X% sequence identity is to be understood as meaning that the sequence or order of the amino acid sequence is X% identical.
  • the polypeptide has a further amino acid sequence with a length of 0 to Y amino acids at the first amino acid sequence both at its N-terminal end and at its C-terminal end” is to be understood here as meaning that the first amino acid sequence with at least X% sequence identity with SEQ ID No. 2 is linked at both ends via a peptide bond to a further (peptide) sequence with a length of 0 to Y amino acids.
  • the first amino acid sequence of the polypeptide according to the invention preferably has at least 75%, more preferably at least 80%, even more preferably at least 85%, even more preferably at least 90%, even more preferably at least 93%, even more preferably at least 95%, even more preferably at least 98% and most preferably 100% sequence identity.
  • the polypeptide used according to the invention has at the first Amino acid sequence preferably has at both its N-terminal end and its C-terminal end a further amino acid sequence with a length of 0 to 150 amino acids, more preferably 0 to 100 amino acids, even more preferably 0 to 80 amino acids, even more preferably 0 to 60 amino acids, even more preferably 0 to 50 amino acids, even more preferably 0 to 40 amino acids, even more preferably 0 to 30 amino acids, even more preferably 0 to 20 amino acids and most preferably 0 to 10 amino acids.
  • polypeptide used according to the invention can also be one with a sequence according to SEQ ID No. 1, SEQ ID No. 3 or SEQ ID No. 4, or result from these by cleavage of a starting or ending sequence.
  • the polypeptide used according to the invention is preferably encoded by a polynucleotide.
  • the polynucleotide comprises a nucleotide sequence according to SEQ ID No. 5, SEQ ID No. 6, SEQ ID No. 7 or SEQ ID No. 8.
  • a host cell is preferably used which expresses the polypeptide used according to the invention.
  • the host cell is preferably one which is free of an enzyme complex which can convert proline to hydroxyproline, as mentioned above.
  • the host cell can be a mammalian cell or a microorganism, for example yeast, such as Pichia Pastoris.
  • the enzyme complex is preferably prolyl-4-hydroxylase.
  • the polypeptide used according to the invention is therefore preferably a recombinantly produced polypeptide.
  • 3D printing or 3D printing processes are understood to mean all 3D printing processes that are known in the prior art, such as extrusion printing processes, inkjet printing processes or printing processes using light-based shaping, such as stereolithography or volumetric/holographic 3D printing, with printing processes using light-based shaping being preferred according to the invention.
  • Light-based shaping is understood here to mean that the functionalized polypeptide from the ink is cured by light irradiation, whereby the crosslinkable groups are linked together, preferably by chemical reaction. It is therefore only cured in those places where sufficient light energy is irradiated (structuring curing).
  • the polypeptides are cross-linked with one another and the polypeptide hardens in the area in which sufficient light energy is irradiated.
  • An exposure process with structuring curing of the photocross-linkable polypeptide to form a biocompatible cross-linked polymer - as used according to the invention - has the advantage of superior printing speed compared to other biological printing processes, such as the extrusion process, the inkjet process and the laser-assisted forward transfer process, i.e.
  • a large volume of the object to be printed can be built up per unit of time.
  • the combination of high printing speed and high spatial resolution is unique to light-based structured curing.
  • the performance of the process is based on optical principles, and by using commercially available optics, superior resolution down to the submicrometer range is possible.
  • a 3D structure is simultaneously cured by light irradiation, for example by projecting light onto a rotating cylinder, or by crossing several laser beams, whereby the light intensity at the points where the laser beams cross is high enough for light-induced cross-linking.
  • a stereolithographic 3D printing process is particularly preferably used as the 3D printing process.
  • a stereolithographic 3D printing process is one in which the structure of the 3D framework is gradually produced by point-by-point, layer-by-layer (in one layer) or volumetric/holographic curing, with curing within a layer being preferred according to the invention.
  • a laser is preferably used for point-by-point curing.
  • irradiation is preferably projection-based or area-wide, with so-called “digital light processing” preferably being used.
  • a projection-based exposure process is preferred according to the invention.
  • photocrosslinkable is understood here to mean that the functionalized
  • Polypeptide by exposure to electromagnetic radiation and, if necessary, presence of a photoinitiator.
  • a 3D scaffold is constructed from the polypeptide by the following step:
  • the functionalized polypeptide is converted into a cross-linked polypeptide by cross-linking the functional groups, which provides a spatial structure of the 3D scaffold.
  • Irradiation in a layer is to be understood here in particular as meaning that the 3D framework according to the invention to be built up is irradiated over its entire surface while it is in the ink. In this case, only those areas in the surface in which spatial curing is desired are irradiated. Areas of the surface in which curing is not desired can also not be irradiated.
  • an area with a different structure than in the first step (i) can then also be produced in the same layer of the 3D framework according to the invention to be built up by introducing the layer into another ink (the same or different to the ink according to the invention) and corresponding irradiation into the desired area of the layer.
  • the 3D framework according to the invention can also be built up by applying further cured areas of the same or different structure and/or composition to the already cured areas by repeating step (i). In this way, a complex 3D framework with different structures in each layer can be obtained.
  • the construction of the 3D framework is carried out by the following steps (preferably in the order given): (I) introducing said ink containing said polypeptide into a reaction vessel;
  • step (V) immersion or presence of the structure produced in step (IV) on the carrier plate in a further ink said ink or another photocrosslinkable or photopolymerizable ink
  • step (VII) producing a further polymerized or cross-linked structure by the electromagnetic radiation in step (VI),
  • the structures created in the repeated steps are preferably connected to one another by covalent bonds.
  • non-covalent bonds for example based on physical interactions, are also possible.
  • the entire 3D framework to be constructed can be built on a carrier plate, which can be moved in such a way that the 3D framework is moved one after the other into the same or different reaction vessels filled with ink, where the light-based, structuring curing is carried out, as already described above. All of the processes mentioned in EP 3 018 531 B1 can, for example, be used according to the invention.
  • the 3D scaffold is used as a matrix for living cells.
  • the 3D scaffold can either be populated with living cells after it has been produced, or the living cells are in the ink from which the 3D scaffold is produced. In this way, tissue or in vitro models can be constructed, which can then be used in research or implanted.
  • the ink according to the invention or used according to the invention can therefore also contain living cells. It is also possible to use different inks with the polypeptide mentioned, but these differ in terms of the cell types used. The different cell types used can be located at different, desired positions within the 3D framework.
  • the inks used preferably contain one or more biological cell types. If cross-linking occurs as a result of the exposure to electromagnetic radiation, the cells contained in the liquid are embedded in the 3D framework.
  • a complex 3D scaffold can be constructed that also has a blood vessel structure network. The use of a matrix made of the cross-linked polypeptide enables the directed construction of the 3D scaffold according to the invention.
  • the polypeptide used according to the invention is preferably functionalized with a crosslinkable group, which is a photoreactive group.
  • the crosslinkable group is an acrylic group, by means of which the crosslinking of the polypeptide used according to the invention is achieved.
  • the primary amines in the side chains of the polypeptide used according to the invention are preferably reacted via a nucleophilic substitution reaction with an anhydride or an acid chloride, the latter having a polymerizable double bond.
  • An anhydride or acid chloride of methacrylic acid or carboxynorbornene is particularly preferably used here.
  • crosslinkable group e.g. an acrylic group
  • a crosslinked matrix is produced by the radiation-induced coupling of the acrylic residues between different molecules of the polypeptide used according to the invention.
  • a radical former (a so-called photoinitiator) which forms radicals at a selected wavelength of the electromagnetic radiation used in the process.
  • Suitable radical formers are, for example, anthrone derivatives, such as violanthrone or isoviolanthrone, fluorescein, rubrene, anthrazine derivatives, tetrazene derivatives, benzanthrone, benzanthronil, eosin, levolinic acid derivatives, phosphine derivatives, mono- and bis-acyl phosphines, in particular lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate, metallocenes, acetophenones, benzophenones, xanthones, quinones, ketone derivatives, hydroxyketones, aminoketones, benzoyl peroxides, pyridine salts, phenylglyoxylates
  • a substance can be added to the ink used according to the invention that prevents photocrosslinking of deeper, liquid layers.
  • liquid solution outside the focal plane remains liquid, even if it is in the The radiation area of the focal plane above it is located. This works through absorption of the substance at the wavelength at which cross-linking takes place (cross-linking wavelength). The interception takes place in the focal plane so that the cross-linking wavelength cannot penetrate into deeper layers. All substances that absorb at the desired wavelength, such as dyes, are suitable.
  • the ink used according to the invention it is possible for the ink used according to the invention to have a temperature-sensitive gelling agent.
  • a temperature-sensitive gelling agent In particular, the use of an inverse temperature-sensitive (also referred to as reverse temperature-sensitive) gelling agent is provided.
  • a gelling agent becomes more solid as the temperature rises.
  • the reaction liquid solidifies and initially forms a gel that is only metastable. If the ink is not photo-crosslinked at the same time, the metastable gel can be liquefied again and pumped out by subsequently cooling the 3D framework.
  • the temperature conditions to be used are exactly the opposite. For example, a support structure can be created if required so that hanging structures can be created. If, on the other hand, the metastable gel is at least partially irradiated with electromagnetic radiation of a suitable wavelength, photo-crosslinking occurs so that the metastable gel in these areas is converted into a stable gel or polymer network.
  • the temperature-sensitive, particularly inverse-temperature-sensitive, gelling agent and temperature control of the reaction chamber make it even easier to work with hanging sections and undercuts or cavities. In this variant, too, it is still possible to work with liquid structures as a support.
  • a 3D scaffold with cavities/undercuts (e.g. a channel system) is printed as a solid body by filling all cavities with a sacrificial material during printing, which can later (i.e. after printing is complete) be dissolved by adding the right enzyme.
  • the sacrificial material is, for example, a digestible polymer that is digested by adding a digesting enzyme.
  • a hyaluronidase digesting enzyme
  • hyaluronic acid sacrificial material
  • a photoblocker can be used in the ink according to the invention or the ink used according to the invention to create a cavity/undercut, whereby the photoblocker limits the curing depth of the ink.
  • curing can also take place by irradiation in one layer without curing all areas in the irradiation depth that lie in the beam path.
  • the possibility of layer-by-layer curing increases the printing speed dramatically compared to point-by-point processes.
  • an optical system is arranged between a source for the electromagnetic radiation (radiation source), which serves to generate one and/or the other electromagnetic radiation, and the reaction vessel, which serves to focus the electromagnetic radiation on the respective focal plane in the reaction vessel.
  • this optical system can be refocused in order to change the layer of curing within the reaction vessel. Such refocusing can be achieved, for example, by changing the distance of the optical system from the radiation source.
  • a computer-controlled stepper motor can be provided to impart a corresponding movement of the optical system.
  • the optical system can, for example, be a system of optical lenses or - in a case with a particularly simple design - a single focusing lens.
  • the point or layer of curing can also be static and the 3D framework to be built can be moved relative to the electromagnetic radiation.
  • the irradiation pattern selected for producing the cross-linked 3D framework can be provided by a computer program, for example. It is conceivable that a user creates the 3D framework to be produced using a CAD program. The digital object created in this way is then cut into individual irradiation planes by a suitable computer program. Control information is created for a printer using this information, which is used to carry out the described process. This control information specifies when which photo-cross-linkable ink/liquid must be introduced into the reaction vessel. This control information also specifies when which image of an irradiation plane should be projected onto the respective focal plane in the reaction vessel. In this way, the 3D framework previously created on the computer can then be converted into a real 3D framework.
  • the electromagnetic radiation used in the method according to the invention has a wavelength in the range from 200 nm to 1000 nm (i.e. a wavelength that lies between the UV range and the infrared range), more preferably in the range from 350 nm to 800 nm.
  • the substances preferably used as radical formers can be particularly well excited, so that radicals are formed in order to enable cross-linking of the polypeptide carrying the cross-linkable groups.
  • wavelengths of the electromagnetic radiation used are in the range from 250 nm to 950 nm, in particular from 250 nm to 850 nm, in particular from 300 nm to 800 nm, in particular from 300 nm to 750 nm, in particular from 300 nm to 700 nm, in particular from 350 nm to 650 nm and very particularly from 350 nm to 410 nm.
  • the step of 3D printing the 3D framework can be carried out completely automatically, so that user intervention is not required. This further facilitates the application of the method.
  • this carrier plate can be completely removed from the remaining ink in the reaction vessel.
  • the generated 3D scaffold can then be removed from the carrier plate by the user.
  • Fig. 1 shows temperature-dependent gelling behaviour of the inventive
  • CoIMP polypeptide
  • Fig. 2 shows a 1 H-NMR of the polypeptide according to the invention (CoIMP) in unmodified form
  • Fig. 3 shows a 1 H-NMR of the polypeptide (CoIMP) according to the invention modified with methacryloyl groups
  • Fig. 4 shows a CD spectrum of the polypeptide of the invention (CoIMP) at 5 °C, 20 °C and 37 °C;
  • Fig. 5 shows a CD spectrum of gelatin at 5 °C, 20 °C and 37 °C.
  • a portion of the hydrolysate is diluted so that the diluted solution corresponds to a concentration of 8 to 18 pg of the outgoing, now hydrolysed, polypeptide (depending on the instrument).
  • Amino acid analysis is performed using a Hitachi Model 835 High-Speed Amino Acid Analyzer under standard conditions for protein hydrolysates. A cation exchange column is used for separation. Amino acids are detected spectroscopically using a subsequent ninhydrin reaction. The absorption maximum of the colored hydroxyproline is at 440 nm. An amino acid standard was used to calibrate the instrument.
  • Example 1 Cloning work to produce an expression construct for recombinant human polypeptides according to the invention:
  • the gene for recombinant production of the polypeptide of the invention (SEQ ID No. 2) is one that encodes a portion of the human collagen I alpha 1 protein.
  • the coding DNA sequence was codon optimized for expression in yeast (or general organism) and ordered as a product of artificial gene synthesis (Invitrogen). The coding sequence was then cloned by restriction digestion followed by in-frame ligation behind the ⁇ -secretion signal of the pPIC9K vector (Thermo Fisher Scientific). (SEQ ID No. 5) Correct integration of the target gene was confirmed by DNA sequencing.
  • a His-6 tag was inserted into the construct described above (SEQ ID No. 4). To do this, the His-tag coding sequence was inserted between the polypeptide coding sequence and the stop codon by PCR with a primer encoding the His-6 tag on a non-binding overhang. The correct integration of the His-6 tag was confirmed by DNA sequencing (SEQ ID No. 7).
  • Example 3 Expression of the polypeptide according to the invention in a laboratory scale bioreactor:
  • the recombinant polypeptide is produced in a fed-batch process on a 30 L scale.
  • a 30 L stainless steel bioreactor (Sartorius) is equipped with all the necessary sensors (DO, pH, temperature).
  • a methanol sensor (Raven Biotech) is installed in the reactor.
  • the fermentation is started by inoculation with an optical density at 600 nm (ODeoo) of 0.5 from a pre-culture.
  • ODeoo optical density at 600 nm
  • the dissolved oxygen is kept at values above 30% by varying the stirrer speed, varying the gassing rate, and adding oxygen to the supply air.
  • the end of the batch phase is detected by a sudden spike in the dissolved oxygen reading when the C source in the fermentation medium is used up.
  • the methanol concentration is kept constant at 0.5% by automated addition of methanol based on the reading of the methanol sensor. Fermentation as described above is typically terminated after 50-60 hours.
  • Example 4 Purification of the polypeptide according to the invention from the fermentation broth:
  • the cells are first removed by centrifugation. Coarse impurities are then separated by filtration with a 1 pm filter, before smaller particles and remaining cells are removed by filtration through a 0.45 pm membrane. The filtrate is then dialyzed against ultrapure water by tangential flow filtration with a 30 kDa membrane until a constant conductivity is achieved. The volume is then reduced by concentration in the tangential filtration process and the concentrate is dried by lyophilization.
  • the dry product is dissolved in a suitable running buffer and further purified using either cation exchange chromatography or IMAC.
  • the eluate from both chromatographic processes is then dialyzed against ultrapure water using tangential flow filtration and a 30 kDa membrane until a constant conductivity is achieved and then dried by lyophilization.
  • the purified polypeptide is tested for its biocompatibility using the MTT test.
  • L929 cells are cultivated in a 96-well plate for 24 hours after seeding.
  • the recombinant polypeptide is then added to the cells in concentrations of 1% and 0.1% (w/v) dissolved in cell culture medium and the cells are cultivated for a further 24 hours.
  • thiazolyl blue MTT is added to the cells in a concentration of 1 mg/mL in cell culture medium and incubated for 2 hours at 37 °C.
  • the staining solution is then removed and the formazan formed is dissolved in isopropanol.
  • the metabolic activity of the cells is determined by measuring the absorption of the isopropanol solution at 570 nm and 650 nm. The measured values are normalized to a control group without the addition of any substance. Cells treated with a 1% solution of the recombinant material typically show a metabolic activity of at least 70% compared to the control group.
  • the purified polypeptide is functionalized by adding methacryloyl groups.
  • the purified protein is dissolved in a concentration of 10% (w/v) in 0.25 M CB buffer (pH 9) at 25 °C. The pH is then adjusted to 9.
  • 0.1 mL methacrylic anhydride (MAA) Sigma-Aldrich
  • MAA methacrylic anhydride
  • work is carried out avoiding direct light.
  • the reaction is then carried out under reflux cooling for 3 h. After 3 h, the reaction is terminated by diluting the reaction solution with CB buffer.
  • reaction solution is transferred to a dialysis tube with a MWCO of 14 kDa and dialyzed against H2O for 3 days.
  • the dialysis water is changed twice a day.
  • the contents of the dialysis tube are filtered through a 0.45 pm filter and stored under sterile conditions.
  • a comparison material (GelMA) is produced analogously from gelatin (Medella Pro, Gelita).
  • the lyophilized and functionalized polypeptide is dissolved in a concentration of 10% (w/v) in H2O and a final concentration of 0.1% lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate (LAP).
  • LAP lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate
  • the degree of functionalization is determined by the ratios of the integral of the lysine peak in the unmodified and modified recombinant material normalized to the phenylalanine peak.
  • the spectrum of the unmodified polypeptide shows a higher lysine peak at approx. 2.9 ppm.
  • the peaks typical for the methacryloyl group at approx. 5.3 ppm and approx. 5.6 ppm are missing for the unmodified polypeptide.
  • Example 9 Cell adhesion test with cross-linked functionalized polypeptide according to the invention:
  • the functionalized polypeptide is dissolved in a concentration of 10% (w/v) in phosphate buffered saline (PBS) at a concentration of 0.1% LAP.
  • PBS phosphate buffered saline
  • the bioink is placed in a 96-well ultra-low attachment (ULA) plate and completely polymerized by exposure.
  • UUA ultra-low attachment
  • An 8% GelMA ink is used as a positive control, and an uncoated well of the plate serves as a negative control.
  • FS fibroblasts primary human fibroblasts from the foreskin
  • polymerized GelMA and cross-linked, functionalized polypeptide according to the invention (Example 7) as well as the uncoated plate and incubated for 24 hours at 37 °C.
  • the cells are then examined by live-dead staining with Hoechst 33342, Calcein Red-Oragne AM and CellTox Green and fluorescence microscopy.
  • FS fibroblasts on the recombinant polypeptide show a lower proportion of dead cells compared to GelMA and also better cell adhesion with a more even distribution.
  • FS fibroblasts on the untreated plate form spheroids with a high proportion of dead cells.
  • Example 10 3D bioprinting of the functionalized polypeptide according to the invention
  • the functionalized polypeptide is dissolved in 10% and 5% (w/v) concentrations in PBS with 0.1% LAP as previously described.
  • the bioink produced is then used to print a cylinder with a height of 1 mm and a radius of 1 mm on a proprietary multi-material stereolithograph (Cellbricks).
  • Cellbricks multi-material stereolithograph
  • the material shows good printability with polymerization in the irradiated area within a few seconds and clearly defined contours.
  • FS fibroblasts (20,000 cells/construct) in the construct were examined by fluorescence microscopy using live-dead staining as already described in the adhesion test.
  • Example 11 Thermal gelling behaviour of the unfunctionalised polypeptide according to the invention (according to Example 4):
  • the unfunctionalized polypeptide according to the invention is used to measure the thermal gelling behavior. In this way, it can be ensured that if the thermal gelling behavior of the unfunctionalized polypeptide is suitable, the functionalized polypeptide is also suitable.
  • the unfunctionalized polypeptide is dissolved in 10% (w/v) H2O and loss and storage modulus are measured at decreasing temperature between 37 °C and 4 °C with a cooling rate of 0.5 °C/min. A 10% gelatin solution is used for comparison. In contrast to gelatin, the recombinant peptide does not show any thermal gelling behavior in the ambient temperature range (see Fig. 1).
  • Example 13 Measurement of the circular dichroism of the unfunctionalized polypeptide according to the invention (according to Example 4):
  • the recombinant polypeptide is dissolved in ultrapure water at a concentration of 1 mg/mL and then filtered through a 0.22 pm syringe filter.
  • gelatin is dissolved at a concentration of 1 mg/mL and filtered through a 0.22 pm syringe filter.
  • the circular dichroism of the two solutions is measured in a J-815 CD spectrometer (Jasco) in the wavelength range from 190 to 290 nm. The mean values of five consecutive measurements are plotted. The measurements were carried out for both solutions at 5 °C, 20 °C and 37 °C (see Fig. 4 and Fig. 5).
  • Table 1 Protein sequences SEQ ID No. 1 and 2 Table 2: Protein sequences SEQ ID No. 3 and 4 Table 3: SEQ ID No. 5: Nucleotide sequence encoding protein sequence SEQ ID No. 1 Table 4: SEQ ID No. 6: Nucleotide sequence encoding protein sequence SEQ ID No. 2 Table 5: SEQ ID No. 7: Nucleotide sequence encoding protein sequence SEQ ID No. 3 Table 6: SEQ ID No. 8: Nucleotide sequence encoding protein sequence SEQ ID No. 4

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Abstract

The invention relates to a method for producing an ink with a polypeptide based on human collagen with a reduced hydroxyproline content, said ink being particularly suitable for 3D printing. The present invention also relates to a corresponding ink for 3D printing and to the use thereof in medicine. The present invention also relates to a method for producing a 3D scaffold by means of a 3D printing method using the corresponding ink, and to a 3D scaffold.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Tinte für den 3D-Druck unter Verwendung eines Polypeptids auf Basis von menschlichem Kollagen mit reduziertem Hydroxyprolin-Anteil Process for producing an ink for 3D printing using a polypeptide based on human collagen with reduced hydroxyproline content

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Tinte mit einem Polypeptid auf Basis von menschlichem Kollagen mit einem reduzierten Hydroxyprolin- Anteil gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 7, die sich hervorragend für den 3D- Druck eignet. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechende Tinte für den 3D-Druck sowie deren Verwendung in der Medizin gemäß einem der Patentansprüche 8 bis 10. Auch betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines 3D-Gerüsts mittels eines 3D-Druckverfahrens unter Verwendung der entsprechenden Tinte gemäß einem der Patentansprüche 11 bis 14 sowie ein 3D-Gerüst gemäß einem der Patentansprüche 15 bis 18. The present invention relates to a method for producing an ink with a polypeptide based on human collagen with a reduced hydroxyproline content according to one of the claims 1 to 7, which is excellently suited for 3D printing. Furthermore, the present invention relates to a corresponding ink for 3D printing and its use in medicine according to one of the claims 8 to 10. The present invention also relates to a method for producing a 3D framework by means of a 3D printing process using the corresponding ink according to one of the claims 11 to 14 and a 3D framework according to one of the claims 15 to 18.

In den letzten Jahren hat der 3D-Druck von 3D-Gerüsten mit einer Matrix aus Biopolymeren stark zugenommen. Diese 3D-Gerüste werden entweder zur nachträglichen Besiedelung von lebenden Zellen verwendet, oder die lebenden Zellen werden direkt bei dem Aufbau des 3D-Gerüsts in die Matrix aus dem Biopolymer mit eingebaut. Neben weiteren Anwendungsmöglichkeiten sollen hier auch lebende Gewebe und Organe, wie beispielsweise Brustimplantate aus lebenden Zellen hergestellt werden, die in ein lebendes Wesen eingepflanzt werden können. In recent years, the 3D printing of 3D scaffolds with a matrix of biopolymers has increased significantly. These 3D scaffolds are either used for the subsequent colonization of living cells, or the living cells are incorporated directly into the matrix of the biopolymer when the 3D scaffold is constructed. In addition to other possible applications, living tissues and organs, such as breast implants, are also to be produced from living cells that can be implanted into a living being.

Dabei eignet sich allerdings nicht jegliches Biopolymer, da manche dieser Biopolymere Sequenzen und/oder Gruppen aufweisen, die eine Immunreaktion hervorrufen können, da das Immunsystem sie als Fremdproteine erkennt, bzw. die Biopolymere Abfolgen von Aminosäuren aufweisen, die das Immunsystem als fremd erkennt. Weiterhin müssen die Biopolymere bei einer physiologisch verträglichen Temperatur zu einem 3D-Gerüst verarbeitbar sein. Auch müssen biologische Zellen in der Matrix aus Biopolymer eine physiologische Umgebung vorfinden, damit sie ihre biologische Aktivität erhalten bzw. darin entwickeln und ihren Differenzierungsstatus behalten. Es besteht also Bedarf an einem Biopolymer, das den Eigenschaften der natürlichen extrazellulären Matrix sehr nahekommt. Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Tinte mit einem Polypeptid bereitzustellen, die im Arbeitstemperaturbereich des 3D-Drucks verarbeitbar ist und bei der das Polypeptid möglichst gut den zuvor genannten Anforderungen entspricht. However, not every biopolymer is suitable, as some of these biopolymers contain sequences and/or groups that can trigger an immune reaction because the immune system recognizes them as foreign proteins, or the biopolymers contain sequences of amino acids that the immune system recognizes as foreign. Furthermore, the biopolymers must be able to be processed into a 3D scaffold at a physiologically tolerable temperature. Biological cells must also find a physiological environment in the biopolymer matrix so that they can maintain or develop their biological activity and retain their differentiation status. There is therefore a need for a biopolymer that comes very close to the properties of the natural extracellular matrix. It is therefore the object of the present invention to provide an ink with a polypeptide which can be processed in the working temperature range of 3D printing and in which the polypeptide meets the aforementioned requirements as well as possible.

Hierfür stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Tinte für den 3D-Druck gemäß Patentanspruch 1, eine Tinte gemäß Patentanspruch 8, ein Verfahren zur Herstellung eines 3D-Gerüsts gemäß Patentanspruch 11, sowie ein 3D-Gerüst gemäß Patentanspruch 15 bereit. Die Unteransprüche 2 bis 7, 9, 10, 12 bis 14 und 16 bis 18 betreffen bevorzugte Ausführungsformen. For this purpose, the present invention provides a method for producing an ink for 3D printing according to claim 1, an ink according to claim 8, a method for producing a 3D framework according to claim 11, and a 3D framework according to claim 15. Subclaims 2 to 7, 9, 10, 12 to 14 and 16 to 18 relate to preferred embodiments.

Alle hierin genannten bevorzugten Merkmale in Bezug auf die Tinte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Tinte sollen hierin gleichermaßen für die erfindungsgemäße Tinte gelten, und umgekehrt. Gleiches gilt auch für die im erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines 3D-Gerüsts eingesetzte Tinte. Ebenso sollen alle hierin genannten bevorzugten Merkmale in Bezug auf das 3D-Gerüst des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines 3D-Gerüsts auch für das erfindungsgemäße 3D-Gerüst gelten, und umgekehrt. All preferred features mentioned herein in relation to the ink of the method according to the invention for producing an ink should apply equally to the ink according to the invention, and vice versa. The same also applies to the ink used in the method according to the invention for producing a 3D framework. Likewise, all preferred features mentioned herein in relation to the 3D framework of the method according to the invention for producing a 3D framework should also apply to the 3D framework according to the invention, and vice versa.

In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Tinte für den 3D-Druck, wobei ein Polypeptid in ein Lösungsmittel gegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Polypeptid eines auf Basis von menschlichem Kollagen ist, das einen Anteil an Hydroxyprolin von maximal 5% aufweist, bezogen auf die Gesamtanzahl der Aminosäuren des Polypeptids. In one embodiment of the invention, the present invention relates to a method for producing an ink for 3D printing, wherein a polypeptide is added to a solvent, characterized in that the polypeptide is one based on human collagen which has a hydroxyproline content of a maximum of 5%, based on the total number of amino acids of the polypeptide.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung sind zum Ergebnis gelangt, dass ein maximaler Anteil an Hydroxyprolin von 5% in der Aminosäurekette des Polypeptids es ermöglicht, eine Tinte herzustellen in der das Polypeptid gelöst vorliegt. Der Grund liegt darin, dass ein solches Polypeptid auf Basis von menschlichem Kollagen keine durchgehend tripelhelicalen Strukturen ausbildet, so dass es in einem Arbeitstemperaturbereich des 3D-Drucks von vorzugsweise 12 °C und höher im flüssigen Zustand vorliegt. Aus dem gleichen Grund ist es noch stärker bevorzugt, dass das Polypeptid einen Anteil an Hydroxyprolin von maximal 4%, stärker bevorzugt maximal 3%, noch stärker bevorzugt maximal 2%, noch stärker bevorzugt maximal 1% und am stärksten bevorzugt kein Hydroxyprolin aufweist, jeweils bezogen auf die Gesamtanzahl der Aminosäuren des Polypeptids. Im Gegensatz zu natürlich vorkommenden Kollagenen weist das erfindungsgemäß eingesetzte Kollagen somit einen geringeren Gehalt an Hydroxyprolin auf und dieses liegt hier vorzugsweise als Prolin vor. The inventors of the present invention have come to the conclusion that a maximum proportion of hydroxyproline of 5% in the amino acid chain of the polypeptide makes it possible to produce an ink in which the polypeptide is dissolved. The reason is that such a polypeptide based on human collagen does not form consistently triple-helical structures, so that it is in the liquid state in a working temperature range of 3D printing of preferably 12 °C and higher. For the same reason, it is even more preferred that the polypeptide has a proportion of hydroxyproline of a maximum of 4%, more preferably a maximum of 3%, even more preferably a maximum of 2%, even more preferably a maximum of 1% and most preferably no hydroxyproline, in each case based on the total number of amino acids of the Polypeptide. In contrast to naturally occurring collagens, the collagen used according to the invention has a lower content of hydroxyproline and this is preferably present as proline.

Der Begriff „Polypeptid auf Basis von menschlichem Kollagen“ soll Folgendes umfassen: alle Kollagene, beispielsweise fibrilläre (I, II, III, V) und nicht fibrilläre Kollagene (IV). Polypeptide aus oder mit vollständigen Sequenzen von menschlichem Kollagen, Polypeptide aus oder mit Teilsequenzen von menschlichem Kollagen sowie auch Polypeptide, die zwei oder mehr sich wiederholende Teilsequenzen von menschlichem Kollagen umfassen bzw. daraus bestehen, wobei die Aminosäuresequenz dieser Polypeptide wenigstens 80%, vorzugsweise wenigstens 90%, stärker bevorzugt wenigstens 95% Sequenzidentität mit den natürlichen menschlichen Kollagensequenzen aufweisen kann. Dies soll auch die genannten Polypeptide umfassen, wenn sie mit mindestens einer vernetzbaren Gruppe funktionalisiert sind, wie sie weiter unten näher beschrieben sind. Erfindungsgemäß wird als Polypeptid auf Basis von menschlichem Kollagen ein Polypeptid aus oder mit einer Teilsequenz von menschlichem Kollagen bevorzugt. The term "polypeptide based on human collagen" is intended to include the following: all collagens, for example fibrillar (I, II, III, V) and non-fibrillar collagens (IV). Polypeptides from or with complete sequences of human collagen, polypeptides from or with partial sequences of human collagen as well as polypeptides that comprise or consist of two or more repeating partial sequences of human collagen, where the amino acid sequence of these polypeptides can have at least 80%, preferably at least 90%, more preferably at least 95% sequence identity with the natural human collagen sequences. This is also intended to include the polypeptides mentioned if they are functionalized with at least one crosslinkable group, as described in more detail below. According to the invention, a polypeptide from or with a partial sequence of human collagen is preferred as a polypeptide based on human collagen.

Vorzugsweise ist das Polypeptid auf Basis von menschlichem Kollagen eine vollständige Sequenz oder eine Teilsequenz des Kollagen I, noch stärker bevorzugt die Kollagen-I- a-1 -Kette. Preferably, the human collagen-based polypeptide is a complete sequence or a partial sequence of collagen I, more preferably the collagen I a-1 chain.

Unter „Sequenzidentität“ soll hierin verstanden werden, dass die Abfolge bzw. Reihenfolge der Aminosäuren in dem Polypeptid identisch ist. Unter „X% Sequenzidentität“ soll demgemäß verstanden werden, dass die Abfolge bzw. Reihenfolge der Aminosäuresequenz zu X% identisch ist. "Sequence identity" is to be understood here as meaning that the sequence or order of the amino acids in the polypeptide is identical. "X% sequence identity" is to be understood as meaning that the sequence or order of the amino acid sequence is X% identical.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung des vorstehend angeführten Verfahrens ist es bevorzugt, dass das Polypeptid eines ist, das in einer wässrigen Lösung bei Konzentrationen von 1 bis 10 Gewichtsprozent pro Volumen (% w/v) bei Temperaturen von 18 °C und mehr, vorzugsweise von 16 °C und mehr, stärker bevorzugt von 14 °C und mehr, am bevorzugtesten von 12 °C und mehr, im flüssigen Zustand vorliegt. Unter „X% w/v“ wird hierin verstanden, dass X g Polypeptid in 100 ml Wasser enthalten sind. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass die Tinte im Verarbeitungsbereich des 3D-Drucks eingesetzt werden kann. In a further embodiment of the invention of the above-mentioned method, it is preferred that the polypeptide is one which is present in the liquid state in an aqueous solution at concentrations of 1 to 10 percent by weight per volume (% w/v) at temperatures of 18 °C and above, preferably 16 °C and above, more preferably 14 °C and above, most preferably 12 °C and above. By "X% w/v" is meant herein that X g of polypeptide are contained in 100 ml of water. In this way, it is ensured that the ink in the processing area of 3D printing.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung des vorstehend angeführten Verfahrens ist es bevorzugt, dass das Polypeptid mit mindestens einer vernetzbaren Gruppe funktionalisiert ist. Die vernetzbare Gruppe ist vorzugsweise eine photovernetzbare Gruppe. Unter „photovernetzbar“ soll hierin verstanden werden, dass das funktional isierte Polypeptid durch Einwirkung von (elektromagnetischer) Strahlung und gegebenenfalls der Anwesenheit eines Photoinitiators vernetzt werden kann. In a further embodiment of the above-mentioned method according to the invention, it is preferred that the polypeptide is functionalized with at least one crosslinkable group. The crosslinkable group is preferably a photocrosslinkable group. "Photocrosslinkable" is to be understood here as meaning that the functionalized polypeptide can be crosslinked by the action of (electromagnetic) radiation and optionally the presence of a photoinitiator.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung des vorstehend angeführten Verfahrens ist es bevorzugt, dass das Polypeptid ein Molekulargewicht im Bereich von 20 bis 200 Dalton, stärker bevorzugt im Bereich von 25 bis 150 Dalton, noch stärker bevorzugt 30 bis 100 Dalton aufweist, bezogen auf die Aminosäuren der Aminosäuresequenz. In a further embodiment of the above-mentioned method according to the invention, it is preferred that the polypeptide has a molecular weight in the range of 20 to 200 Daltons, more preferably in the range of 25 to 150 Daltons, even more preferably 30 to 100 Daltons, based on the amino acids of the amino acid sequence.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung des vorstehend angeführten Verfahrens ist es bevorzugt, dass die Tinte biologische Zellen enthält. In a further embodiment of the above-mentioned method according to the invention, it is preferred that the ink contains biological cells.

Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung betrifft eine Tinte für den 3D-Druck mit einem Polypeptid auf Basis von menschlichem Kollagen, das einen Anteil an Hydroxyprolin von maximal 5% aufweist, bezogen auf die Gesamtanzahl der Aminosäuren des Polypeptids. Die erfindungsgemäße Tinte ist vorzugsweise nach dem vorstehend genannten erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich. Das Verfahren zur Bestimmung des Anteils von Hydroxyprolin wird mittels eines Model 835 High-Speed Amino Acid Analyzer der Firma Hitachi durchgeführt, wie es weiter unten beschrieben wird. A further embodiment of the invention relates to an ink for 3D printing with a polypeptide based on human collagen, which has a hydroxyproline content of a maximum of 5%, based on the total number of amino acids of the polypeptide. The ink according to the invention is preferably obtainable by the above-mentioned method according to the invention. The method for determining the hydroxyproline content is carried out using a Model 835 High-Speed Amino Acid Analyzer from Hitachi, as described below.

Die Tinte ist vorzugsweise eine, bei der das Polypeptid auf Basis von menschlichem Kollagen in Wasser gelöst vorliegt, vorzugsweise in einem Konzentrationsbereich, wie er weiter oben mit dem erfindungsgemäßen Verfahren angegeben ist. The ink is preferably one in which the human collagen-based polypeptide is dissolved in water, preferably in a concentration range as specified above with the method according to the invention.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung der vorstehend angeführten Tinte ist es bevorzugt, dass die Tinte eine zur Verwendung in der Medizin ist, vorzugsweise in der klinischen Medizin. Eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines 3D-Gerüsts unter Verwendung der erfindungsgemäßen Tinte, wobei das Polypeptid mittels eines 3D- Druckverfahrens ausgehärtet wird. Dabei ist das Polypeptid vorzugsweise mit mindestens einer vernetzbaren Gruppe funktionalisiert. Bei dem 3D-Druckverfahren findet die Aushärtung des Polypeptids vorzugsweise durch lichtbasierte Formgebung statt, vorzugsweise durch lichtinduzierte chemische Reaktion, bei der die vernetzbaren Gruppen des Polypeptids miteinander chemisch vernetzt werden. In a further embodiment of the ink mentioned above according to the invention, it is preferred that the ink is one for use in medicine, preferably in clinical medicine. A further embodiment of the present invention relates to a method for producing a 3D framework using the ink according to the invention, wherein the polypeptide is cured by means of a 3D printing method. The polypeptide is preferably functionalized with at least one crosslinkable group. In the 3D printing method, the curing of the polypeptide preferably takes place by light-based shaping, preferably by light-induced chemical reaction, in which the crosslinkable groups of the polypeptide are chemically crosslinked with one another.

Weiterhin kann die Tinte in dem Verfahren zur Herstellung eines 3D-Gerüsts biologische Zellen enthalten. Hierbei können jegliche biologische Zellen eingesetzt werden, die benötigt werden, um ein komplexes biologisches Gewebe nachzubilden. Furthermore, the ink in the process for producing a 3D scaffold can contain biological cells. Any biological cells that are required to replicate a complex biological tissue can be used.

Eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung betrifft ein 3D-Gerüst, das vernetzte Polypeptide aufweist, wobei die Polypeptide Polypeptide auf Basis von menschlichem Kollagen sind, die jeweils einen Anteil an Hydroxyprolin von maximal 5% aufweisen, bezogen auf die Gesamtanzahl der Aminosäuren des jeweiligen Polypeptids. Auch hier kann das erfindungsgemäße 3D-Gerüst biologische Zellen aufweisen. Die vernetzten Polypeptide stellen hierbei vorzugsweise eine extrazelluläre Matrix für die biologischen Zellen dar, in die die biologischen Zellen eingebettet sind. Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße 3D-Gerüst eines, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines 3D-Gerüsts erhältlich ist. Das erfindungsgemäße 3D-Gerüst kann in der Medizin, beispielsweise zum Aufbau von Ersatzgewebestrukturen, verwendet werden. A further embodiment of the present invention relates to a 3D scaffold that has cross-linked polypeptides, the polypeptides being polypeptides based on human collagen, each of which has a hydroxyproline content of a maximum of 5%, based on the total number of amino acids of the respective polypeptide. Here too, the 3D scaffold according to the invention can have biological cells. The cross-linked polypeptides preferably represent an extracellular matrix for the biological cells, in which the biological cells are embedded. The 3D scaffold according to the invention is preferably one that is obtainable by the method according to the invention for producing a 3D scaffold. The 3D scaffold according to the invention can be used in medicine, for example for building replacement tissue structures.

Als Lösungsmittel für die Peptide in der erfindungsgemäßen oder erfindungsgemäß eingesetzten Tinte kommen Wasser oder wasserbasierte Puffersysteme aus der Zellkultur oder auch Zellkulturmedien infrage. Water or water-based buffer systems from cell culture or cell culture media can be used as solvents for the peptides in the ink according to the invention or used according to the invention.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das erfindungsgemäß eingesetzte Polypeptid ein Polypeptid, das eine erste Aminosäuresequenz mit wenigstens 70% Sequenzidentität mit SEQ ID Nr. 2 umfasst, wobei das Polypeptid an der ersten Aminosäuresequenz sowohl an deren N-terminalem Ende als auch an deren C- terminalem Ende jeweils eine weitere Aminosäuresequenz mit einer Länge von 0 bis 200 Aminosäuren aufweist. Die Verwendung der ersten Aminosäuresequenz ermöglicht die Bereitstellung eines Polypeptids, das in einer wässrigen Lösung bei Konzentrationen von 10 Gewichtsprozent pro Volumen (% w/v) bei Temperaturen von 12 °C und mehr im flüssigen Zustand vorliegt, so dass das Polypeptid sich gut für den Einsatz in Biotinten für den 3D-Druck eignet. Besonders bevorzugt besteht das erfindungsgemäß eingesetzte Polypeptid aus der ersten Aminosäuresequenz und der jeweiligen weiteren Aminosäuresequenz an dem N-terminalen Ende und dem C-terminalen Ende der ersten Aminosäuresequenz. Die weitere Aminosäuresequenz an dem C-terminalen Ende der ersten Aminosäuresequenz kann gleich oder verschieden zu der weiteren Aminosäuresequenz an dem N-terminalen Ende der ersten Aminosäuresequenz sein. Wie bereits erwähnt liegen die erfindungsgemäß eingesetzten Polypeptide vorzugsweise funktionalisiert mit mindestens einer vernetzbaren Gruppe vor, und bei dem 3D-Druck wird vorzugsweise lichtbasierte Formgebung verwendet. In a particularly preferred embodiment, the polypeptide used according to the invention is a polypeptide which comprises a first amino acid sequence with at least 70% sequence identity with SEQ ID No. 2, wherein the polypeptide has a further amino acid sequence with a length of 0 to 200 amino acids. The use of the first amino acid sequence makes it possible to provide a polypeptide which is in the liquid state in an aqueous solution at concentrations of 10 weight percent per volume (% w/v) at temperatures of 12 °C and more, so that the polypeptide is well suited for use in bioinks for 3D printing. The polypeptide used according to the invention particularly preferably consists of the first amino acid sequence and the respective further amino acid sequence at the N-terminal end and the C-terminal end of the first amino acid sequence. The further amino acid sequence at the C-terminal end of the first amino acid sequence can be the same or different from the further amino acid sequence at the N-terminal end of the first amino acid sequence. As already mentioned, the polypeptides used according to the invention are preferably functionalized with at least one crosslinkable group, and light-based shaping is preferably used in the 3D printing.

Unter „Sequenzidentität“ soll hierin verstanden werden, dass die Abfolge bzw. Reihenfolge der Aminosäuren in dem Polypeptid identisch ist. Unter „X% Sequenzidentität“ soll demgemäß verstanden werden, dass die Abfolge bzw. Reigenfolge der Aminosäuresequenz zu X% identisch ist. "Sequence identity" is to be understood here as meaning that the sequence or order of the amino acids in the polypeptide is identical. "X% sequence identity" is to be understood as meaning that the sequence or order of the amino acid sequence is X% identical.

Unter „das Polypeptid an der ersten Aminosäuresequenz sowohl an deren N-terminalem Ende als auch an deren C-terminalem Ende jeweils eine weitere Aminosäuresequenz mit einer Länge von 0 bis Y Aminosäuren aufweist“ soll hierin verstanden werden, dass die erste Aminosäuresequenz mit wenigstens X% Sequenzidentität mit SEQ ID Nr. 2 an beiden Enden über eine Peptidbindung mit einer weiteren (Peptid-)Sequenz mit 0 bis Y Aminosäuren Länge verbunden ist. The term “the polypeptide has a further amino acid sequence with a length of 0 to Y amino acids at the first amino acid sequence both at its N-terminal end and at its C-terminal end” is to be understood here as meaning that the first amino acid sequence with at least X% sequence identity with SEQ ID No. 2 is linked at both ends via a peptide bond to a further (peptide) sequence with a length of 0 to Y amino acids.

In einer Ausgestaltung der ersten Ausführungsform weist die erste Aminosäuresequenz des erfindungsgemäßen Polypeptids vorzugsweise wenigstens 75%, stärker bevorzugt wenigstens 80%, noch stärker bevorzugt wenigstens 85%, noch stärker bevorzugt wenigstens 90%, noch stärker bevorzugt wenigstens 93%, noch stärker bevorzugt wenigstens 95%, noch stärker bevorzugt wenigstens 98% und am stärksten bevorzugt 100% Sequenzidentität auf. In one embodiment of the first embodiment, the first amino acid sequence of the polypeptide according to the invention preferably has at least 75%, more preferably at least 80%, even more preferably at least 85%, even more preferably at least 90%, even more preferably at least 93%, even more preferably at least 95%, even more preferably at least 98% and most preferably 100% sequence identity.

In einer Ausgestaltung weist das erfindungsgemäß eingesetzte Polypeptid an der ersten Aminosäuresequenz vorzugsweise sowohl an deren N-terminalem Ende als auch an deren C-terminalem Ende jeweils eine weitere Aminosäuresequenz mit einer Länge von 0 bis 150 Aminosäuren, stärker bevorzugt 0 bis 100 Aminosäuren, noch stärker bevorzugt 0 bis 80 Aminosäuren, noch stärker bevorzugt 0 bis 60 Aminosäuren, noch stärker bevorzugt 0 bis 50 Aminosäuren, noch stärker bevorzugt 0 bis 40 Aminosäuren, noch stärker bevorzugt 0 bis 30 Aminosäuren, noch stärker bevorzugt 0 bis 20 Aminosäuren und am stärksten bevorzugt 0 bis 10 Aminosäuren auf. In one embodiment, the polypeptide used according to the invention has at the first Amino acid sequence preferably has at both its N-terminal end and its C-terminal end a further amino acid sequence with a length of 0 to 150 amino acids, more preferably 0 to 100 amino acids, even more preferably 0 to 80 amino acids, even more preferably 0 to 60 amino acids, even more preferably 0 to 50 amino acids, even more preferably 0 to 40 amino acids, even more preferably 0 to 30 amino acids, even more preferably 0 to 20 amino acids and most preferably 0 to 10 amino acids.

Weiterhin kann das erfindungsgemäß verwendete Polypeptid auch eines mit einer Sequenz gemäß SEQ ID Nr. 1, SEQ ID Nr. 3 oder SEQ ID Nr. 4 sein, bzw. aus diesen durch Abspaltung einer Anfangs- oder Endsequenz resultieren. Furthermore, the polypeptide used according to the invention can also be one with a sequence according to SEQ ID No. 1, SEQ ID No. 3 or SEQ ID No. 4, or result from these by cleavage of a starting or ending sequence.

Das erfindungsgemäß eingesetzte Polypeptid wird vorzugsweise durch ein Polynucleotid codiert. Hierzu ist es bevorzugt, dass das Polynucleotid eine Nucleotidsequenz gemäß SEQ ID Nr. 5, SEQ ID Nr. 6, SEQ ID Nr. 7 oder SEQ ID Nr. 8 umfasst. Hierfür wird vorzugsweise eine Wirtszelle eingesetzt, die das erfindungsgemäß eingesetzte Polypeptid exprimiert. Die Wirtszelle ist vorzugsweise eine, die frei von einem Enzymkomplex ist, das Prolin zu Hydroxyprolin umwandeln kann, wie weiteroben genannt. Die Wirtszelle kann eine Säugetierzelle oder ein Mikroorganismus sein, beispielsweise Hefe, wie Pichia Pastoris. Bei dem Enzymkomplex handelt es sich vorzugsweise um die Prolyl-4-Hydroxylase. Es handelt sich bei dem erfindungsgemäß eingesetzten Polypeptid folglich vorzugsweise um ein rekombinant hergestelltes Polypeptid. The polypeptide used according to the invention is preferably encoded by a polynucleotide. For this purpose, it is preferred that the polynucleotide comprises a nucleotide sequence according to SEQ ID No. 5, SEQ ID No. 6, SEQ ID No. 7 or SEQ ID No. 8. For this purpose, a host cell is preferably used which expresses the polypeptide used according to the invention. The host cell is preferably one which is free of an enzyme complex which can convert proline to hydroxyproline, as mentioned above. The host cell can be a mammalian cell or a microorganism, for example yeast, such as Pichia Pastoris. The enzyme complex is preferably prolyl-4-hydroxylase. The polypeptide used according to the invention is therefore preferably a recombinantly produced polypeptide.

Unter 3D-Druck oder 3D- Druckverfahren sollen hierin sämtliche 3D-Druckverfahren verstanden, die im Stand der Technik bekannt sind, wie z.B. Extrusionsdruckverfahren, Tintenstrahldruckverfahren oder Druckverfahren unter lichtbasierter Formgebung, wie Stereolithographie oder volumetrischer/holographischer 3D-Druck, wobei Druckverfahren unter lichtbasierter Formgebung erfindungsgemäß bevorzugt sind. 3D printing or 3D printing processes are understood to mean all 3D printing processes that are known in the prior art, such as extrusion printing processes, inkjet printing processes or printing processes using light-based shaping, such as stereolithography or volumetric/holographic 3D printing, with printing processes using light-based shaping being preferred according to the invention.

Unter lichtbasierter Formgebung versteht man hierin vorzugsweise, dass das funktionalisierte Polypeptid aus der Tinte durch Lichteinstrahlung ausgehärtet wird, indem die vernetzbaren Gruppen miteinander verknüpft werden, vorzugsweise durch chemische Reaktion. Es wird also nur an den Stellen ausgehärtet, an denen auch mit ausreichend Lichtenergie bestrahlt wird (strukturierende Aushärtung). Dabei werden die Polypeptide untereinander vernetzt und es kommt zur Aushärtung des Polypeptids in dem Bereich, in dem ausreichend Lichtenergie eingestrahlt wird. Ein Belichtungsverfahren unter strukturierender Aushärtung des photovernetzbaren Polypeptids zur Bildung eines biokompatiblen vernetzten Polymers - wie es erfindungsgemäß eingesetzt wird - hat gegenüber anderen biologischen Druckverfahren, wie dem Extrusionsverfahren, dem Tintenstrahlverfahren und dem Laser-gestützten Vorwärtstransfer-Verfahren, den Vorteil einer überragenden Druckgeschwindigkeit, d.h. es kann viel Volumen des zu druckenden Objekts pro Zeiteinheit aufgebaut werden. Einzigartig für die lichtbasierte strukturierte Aushärtung ist die Kombination aus hoher Druckgeschwindigkeit und hoher räumlicher Auflösung. Die Leistungsfähigkeit des Verfahrens beruht auf optischen Gesetzmäßigkeiten, und durch den Einsatz von handelsüblichen Optiken ist eine überlegende Auflösung bis in den Submikrometerbereich möglich. Light-based shaping is understood here to mean that the functionalized polypeptide from the ink is cured by light irradiation, whereby the crosslinkable groups are linked together, preferably by chemical reaction. It is therefore only cured in those places where sufficient light energy is irradiated (structuring curing). The polypeptides are cross-linked with one another and the polypeptide hardens in the area in which sufficient light energy is irradiated. An exposure process with structuring curing of the photocross-linkable polypeptide to form a biocompatible cross-linked polymer - as used according to the invention - has the advantage of superior printing speed compared to other biological printing processes, such as the extrusion process, the inkjet process and the laser-assisted forward transfer process, i.e. a large volume of the object to be printed can be built up per unit of time. The combination of high printing speed and high spatial resolution is unique to light-based structured curing. The performance of the process is based on optical principles, and by using commercially available optics, superior resolution down to the submicrometer range is possible.

Unter einem volumetrischen/holographischen 3D-Druckverfahren wird eine 3D-Struktur durch Lichteinstrahlung zeitgleich ausgehärtet, beispielsweise durch Lichtprojektion auf einen drehenden Zylinder, oder durch Kreuzung von mehreren Laserstrahlen, wodurch in den Punkten der Kreuzung der Laserstrahlen die Lichtintensität hoch genug für die lichtinduzierte Vernetzung ist. In a volumetric/holographic 3D printing process, a 3D structure is simultaneously cured by light irradiation, for example by projecting light onto a rotating cylinder, or by crossing several laser beams, whereby the light intensity at the points where the laser beams cross is high enough for light-induced cross-linking.

Besonders bevorzugt wird als 3D- Druckverfahren ein stereolithographisches 3D- Druckverfahren verwendet. Unter einem stereolithographischen 3D-Druckverfahren versteht man eines, bei dem die Struktur des 3D-Gerüsts nach und nach durch punktuelles, schichtweises (in einer Schicht) oder volumetrisches/holographisches Aushärten hergestellt wird, wobei das Aushärten innerhalb einer Schicht erfindungsgemäß bevorzugt ist. Bei dem punktuellen Aushärten wird vorzugsweise ein Laser verwendet. Bei der schichtweisen Aushärtung wird vorzugsweise projektionsbasiert oder flächig bestrahlt, wobei vorzugsweise das sogenannte „digital light processing“ verwendet wird. Aus Gründen der Geschwindigkeit ist ein projektionsbasiertes Belichtungsverfahren erfindungsgemäß bevorzugt. A stereolithographic 3D printing process is particularly preferably used as the 3D printing process. A stereolithographic 3D printing process is one in which the structure of the 3D framework is gradually produced by point-by-point, layer-by-layer (in one layer) or volumetric/holographic curing, with curing within a layer being preferred according to the invention. A laser is preferably used for point-by-point curing. For layer-by-layer curing, irradiation is preferably projection-based or area-wide, with so-called “digital light processing” preferably being used. For reasons of speed, a projection-based exposure process is preferred according to the invention.

Unter „photovernetzbar“ soll hierin verstanden werden, dass das funktionalisierteThe term “photocrosslinkable” is understood here to mean that the functionalized

Polypeptid durch Einwirkung von elektromagnetischer Strahlung und gegebenenfalls der Anwesenheit eines Photoinitiators vernetzt werden kann. Polypeptide by exposure to electromagnetic radiation and, if necessary, presence of a photoinitiator.

In den erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung 3D-Gerüsts ist es bevorzugt, dass aus dem Polypeptid ein 3D-Gerüst durch folgenden Schritt aufgebaut wird: In the methods according to the invention for producing 3D scaffolds, it is preferred that a 3D scaffold is constructed from the polypeptide by the following step:

(i) Aushärten des funktionalisierten Polypeptids aus der Tinte durch Einstrahlen einer elektromagnetischen Strahlung (Belichtung) punktuell, in einer Schicht oder volumetrisch/holographisch, in dem Bereich der Tinte, in dem das Aushärten bzw. der Aufbau des 3D-Gerüsts erwünscht ist, wobei das Einstrahlen in einer Schicht erfindungsgemäß bevorzugt ist. (i) curing the functionalized polypeptide from the ink by irradiating electromagnetic radiation (exposure) pointwise, in a layer or volumetrically/holographically, in the region of the ink in which curing or the construction of the 3D framework is desired, wherein irradiation in a layer is preferred according to the invention.

Durch die Belichtung wird aus dem funktionalisierten Polypeptid durch Vernetzung der funktionellen Gruppen eine vernetztes Polypeptid erhalten, das eine räumliche Struktur des 3D-Gerüsts vorgibt. By irradiation, the functionalized polypeptide is converted into a cross-linked polypeptide by cross-linking the functional groups, which provides a spatial structure of the 3D scaffold.

Unter dem Einstrahlen in einer Schicht soll hierin insbesondere verstanden werden, dass das aufzubauende, erfindungsgemäße 3D-Gerüst, während es sich in der Tinte befindet, flächig bestrahlt wird. Hierbei werden nur die Bereiche in der Fläche bestrahlt, bei denen räumlich eine Aushärtung erwünscht ist. Dabei können auch Bereiche der Fläche nicht bestrahlt werden, in denen keine Aushärtung erwünscht ist. In einem weiteren Schritt (i) kann dann aber auch in der gleichen Schicht des aufzubauenden, erfindungsgemäßen 3D-Gerüsts durch Einbringen der Schicht in eine weitere Tinte (gleich oder verschieden zur erfindungsgemäßen Tinte) und entsprechender Einstrahlung in den gewünschten Bereich der Schicht ein Bereich mit einem anderen Aufbau als im ersten Schritt (i) hergestellt werden. Weiterhin kann der Aufbau des erfindungsgemäßen 3D-Gerüsts aber auch dadurch erfolgen, dass auf die bereits ausgehärteten Bereiche durch Wiederholung des Schrittes (i) weitere ausgehärtete Bereiche gleicher oder unterschiedlicher Struktur und/oder Zusammensetzung aufgebracht werden. Auf diese Weise kann ein komplexes 3D-Gerüst mit unterschiedlichen Strukturen in jeder Schicht erhalten werden. Irradiation in a layer is to be understood here in particular as meaning that the 3D framework according to the invention to be built up is irradiated over its entire surface while it is in the ink. In this case, only those areas in the surface in which spatial curing is desired are irradiated. Areas of the surface in which curing is not desired can also not be irradiated. In a further step (i), however, an area with a different structure than in the first step (i) can then also be produced in the same layer of the 3D framework according to the invention to be built up by introducing the layer into another ink (the same or different to the ink according to the invention) and corresponding irradiation into the desired area of the layer. Furthermore, the 3D framework according to the invention can also be built up by applying further cured areas of the same or different structure and/or composition to the already cured areas by repeating step (i). In this way, a complex 3D framework with different structures in each layer can be obtained.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines 3D- Gerüsts ist es bevorzugt, dass der Aufbau des 3D-Gerüsts durch folgende Schritte erfolgt (vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge): (I) Einbringen einer genannten Tinte mit dem genannten Polypeptid in ein Reaktionsgefäß; In one embodiment of the method according to the invention for producing a 3D framework, it is preferred that the construction of the 3D framework is carried out by the following steps (preferably in the order given): (I) introducing said ink containing said polypeptide into a reaction vessel;

(II) Eintauchen oder Vorhandensein einer Trägerplatte, auf der das 3D-Gerüst aufgebaut werden soll, in die genannte Tinte; (II) immersion or presence of a support plate on which the 3D scaffold is to be built in said ink;

(III) Einstrahlen einer elektromagnetischen Strahlung punktuell, in einer Schicht oder volumetrisch/holographisch in den Bereichen, in denen eine Aushärtung des genannten Polypeptids gewünscht ist; (III) irradiating electromagnetic radiation pointwise, in a layer or volumetrically/holographically in the areas in which curing of said polypeptide is desired;

(IV) Erzeugen einer vernetzten Struktur des Polypeptids durch die elektromagnetische Strahlung, (IV) generating a cross-linked structure of the polypeptide by the electromagnetic radiation,

(V) Eintauchen oder Vorhandensein der in Schritt (IV) erzeugten Struktur auf der Trägerplatte in eine weitere Tinte (genannte Tinte oder eine andere photovernetzbare oder photopolymerisierbare Tinte); (V) immersion or presence of the structure produced in step (IV) on the carrier plate in a further ink (said ink or another photocrosslinkable or photopolymerizable ink);

(VI) Einstrahlen einer elektromagnetischen Strahlung punktuell, in einer Schicht oder volumetrisch/holographisch in den Bereichen, in denen eine Aushärtung der weiteren Tinte gewünscht ist, (VI) Irradiation of electromagnetic radiation selectively, in a layer or volumetrically/holographically in the areas where curing of the further ink is desired,

(VII) Erzeugen einer weiteren polymerisierten oder vernetzten Struktur durch die elektromagnetische Strahlung in Schritt (VI), (VII) producing a further polymerized or cross-linked structure by the electromagnetic radiation in step (VI),

(VIII) Wiederholen der Schritte (V) bis (VII) mit jeweils einer Tinte (entweder die genannte Tinte oder eine andere photovernetzbare oder photopolymerisierbare Tinte) bis das 3D-Gerüst erzeugt ist. (VIII) Repeating steps (V) to (VII) with one ink each (either said ink or another photocrosslinkable or photopolymerizable ink) until the 3D scaffold is produced.

Die in den wiederholten Schritten erzeugten Strukturen sind vorzugsweise durch kovalente Bindungen miteinander verbunden. Es sind jedoch auch nicht-kovalente Bindungen, beispielsweise auf der Grundlage physikalischer Wechselwirkungen, möglich. Das gesamte aufzubauende 3D-Gerüst kann auf einer Trägerplatte aufgebaut werden, die derart bewegt werden kann, dass das 3D-Gerüst nacheinander in gleiche oder verschiedene mit Tinte gefüllte Reaktionsgefäße bewegt wird und dort jeweils die lichtbasierte, strukturierende Aushärtung durchgeführt wird, so wie es weiter oben schon beschrieben ist. Sämtliche in der EP 3 018 531 B1 genannten Verfahren können beispielsweise erfindungsgemäß eingesetzt werden. The structures created in the repeated steps are preferably connected to one another by covalent bonds. However, non-covalent bonds, for example based on physical interactions, are also possible. The entire 3D framework to be constructed can be built on a carrier plate, which can be moved in such a way that the 3D framework is moved one after the other into the same or different reaction vessels filled with ink, where the light-based, structuring curing is carried out, as already described above. All of the processes mentioned in EP 3 018 531 B1 can, for example, be used according to the invention.

Durch die Wiederholung der Verfahrensschritte, in denen eine Vernetzung oder Polymerisierung der Tinten stattfindet, wird folglich ein schichtweiser, punktueller oder volumetrischer/holographischer Aufbau des 3D-Gerüsts erreicht. Dabei ist es möglich, ein 3D-Gerüst mit komplexer Struktur aufzubauen. Weiterhin können auch Hinterschnitte und überhängende Strukturen ausgebildet werden, da eine Vernetzung oder Polymerisierung der Tinte in einer bestimmten Schicht oder auch an einem bestimmten Punkt bei der punktuellen Einstrahlung auch dann erfolgen kann, wenn darunter kein bereits vernetztes oder polymerisiertes Material angeordnet ist, sondern lediglich noch nicht vernetzte oder nicht polymerisierte Flüssigkeit. Eine Polymerisierung oder Vernetzung von einer außerhalb der Schicht oder des Punktes vorliegenden Tinte/Polypeptid bleibt aus; vielmehr wird nur diejenige Tinte/Polypeptid vernetzt oder polymerisiert, die innerhalb der Schicht oder des Punktes liegt. By repeating the process steps in which cross-linking or polymerization of the inks takes place, a layered, point-by-point or volumetric/holographic structure of the 3D framework is achieved. It is possible to build a 3D framework with a complex structure. Undercuts and overhanging structures can also be formed, since cross-linking or polymerization of the ink in a certain layer or at a certain point can occur during point-by-point irradiation even if there is no already cross-linked or polymerized material underneath, but only non-cross-linked or non-polymerized liquid. Polymerization or cross-linking of an ink/polypeptide located outside the layer or point does not occur; instead, only the ink/polypeptide that is inside the layer or point is cross-linked or polymerized.

Zur Verwendung des erfindungsgemäßen 3D-Gerüsts in der Medizin ist es bevorzugt, dass das 3D-Gerüst als Matrix für lebende Zellen verwendet wird. Das 3D-Gerüst kann entweder nach dessen Herstellung mit lebenden Zellen besiedelt werden, oder die lebenden Zellen befinden sich in der Tinte, aus der das 3D-Gerüst hergestellt wird. Auf diese Weise können Gewebe oder in vitro Modelle aufgebaut werden, die dann in der Forschung verwendet, oder auch implantiert werden können. To use the 3D scaffold according to the invention in medicine, it is preferred that the 3D scaffold is used as a matrix for living cells. The 3D scaffold can either be populated with living cells after it has been produced, or the living cells are in the ink from which the 3D scaffold is produced. In this way, tissue or in vitro models can be constructed, which can then be used in research or implanted.

Die erfindungsgemäße oder erfindungsgemäß eingesetzte Tinte kann folglich zusätzlich lebende Zellen aufweisen. Hierbei ist es auch möglich, dass unterschiedliche Tinten mit dem genannten Polypeptid verwendet werden, die sich aber bzgl. der verwendeten Zelltypen unterscheiden. Dabei können die verschiedenen verwendeten Zelltypen an unterschiedlichen, gewünschten Positionen innerhalb des 3D-Gerüsts sitzen. The ink according to the invention or used according to the invention can therefore also contain living cells. It is also possible to use different inks with the polypeptide mentioned, but these differ in terms of the cell types used. The different cell types used can be located at different, desired positions within the 3D framework.

Die verwendeten Tinten enthalten vorzugsweise jeweils einen oder mehrere biologische Zelltypen. Wenn es infolge der Einstrahlung der elektromagnetischen Strahlung zu einer Vernetzung kommt, werden die in der Flüssigkeit enthaltenen Zellen mit in das 3D- Gerüst eingebettet. Durch Verwendung von mehreren Tinten mit vorzugsweise einem oder mehreren unterschiedlichen biologischen Zelltypen kann ein komplexes 3D-Gerüst aufgebaut werden, das auch ein Blutgefäßstrukturnetzwerk aufweist. Die Verwendung einer Matrix aus dem vernetzten Polypeptid ermöglicht dabei den gerichteten Aufbau des erfindungsgemäßen 3D-Gerüsts. The inks used preferably contain one or more biological cell types. If cross-linking occurs as a result of the exposure to electromagnetic radiation, the cells contained in the liquid are embedded in the 3D framework. By using several inks, preferably with a or several different biological cell types, a complex 3D scaffold can be constructed that also has a blood vessel structure network. The use of a matrix made of the cross-linked polypeptide enables the directed construction of the 3D scaffold according to the invention.

Das erfindungsgemäß eingesetzte Polypeptid ist vorzugsweise mit einer vernetzbaren Gruppe funktionalisiert, die eine photoreaktive Gruppe ist. In einer Variante ist die vernetzbare Gruppe eine Acrylgruppe, mittels derer die Vernetzung des erfindungsgemäß eingesetzten Polypeptids bewerkstelligt wird. Hierfür werden die primären Amine in den Seitenketten des erfindungsgemäß eingesetzten Polypeptids vorzugsweise über eine nukleophile Substitutionsreaktion mit einem Anhydrid oder einem Säurechlorid umgesetzt, wobei letzteres eine polymerisierbare Doppelbindung aufweist. Besonders bevorzugt wird hier ein Anhydrid oder Säurechlorid der Methacrylsäure oder des Carboxynorbornens eingesetzt. The polypeptide used according to the invention is preferably functionalized with a crosslinkable group, which is a photoreactive group. In one variant, the crosslinkable group is an acrylic group, by means of which the crosslinking of the polypeptide used according to the invention is achieved. For this purpose, the primary amines in the side chains of the polypeptide used according to the invention are preferably reacted via a nucleophilic substitution reaction with an anhydride or an acid chloride, the latter having a polymerizable double bond. An anhydride or acid chloride of methacrylic acid or carboxynorbornene is particularly preferably used here.

Durch das Einbringen einer vernetzbaren Gruppe, bspw. einer Acrylgruppe, in das erfindungsgemäß verwendete Polypeptid wird dieses photovernetzbar gemacht. Durch die strahlungsinduzierte Kopplung der Acrylreste zwischen verschiedenen Molekülen des erfindungsgemäß verwendeten Polypeptids wird eine vernetzte Matrix hergestellt. By introducing a crosslinkable group, e.g. an acrylic group, into the polypeptide used according to the invention, the latter is made photocrosslinkable. A crosslinked matrix is produced by the radiation-induced coupling of the acrylic residues between different molecules of the polypeptide used according to the invention.

Damit eine Photovernetzung über die vernetzbare Gruppe erreicht werden kann, wird vorzugsweise ein Radikalbildner (ein sogenannter Photoinitiator) eingesetzt, der bei einer ausgewählten Wellenlänge der im Rahmen des Verfahrens eingesetzten elektromagnetischen Strahlung Radikale bildet. Geeignete Radikalbildner sind beispielsweise Anthronderivate, wie etwa Violanthron oder Isoviolanthron, Fluoreszein, Rubren, Anthrazinderivate, Tetrazenderivate, Benzanthron, Benzanthronil, Eosin, Levolinsäurederivate, Phosphin-Derivate, Mono- und Bis-Acyl-Phosphine, insbesondere Lithiumphenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinat, Metallocene, Acetophenone, Benzophenone, Xanthone, Quinone, Keton-Derivate, Hydroxyketone, Aminoketone, Benzoyl-Peroxide, Pyridin-Salze, Phenylglyoxylate und/oder lodonium-Salze. In order to achieve photocrosslinking via the crosslinkable group, a radical former (a so-called photoinitiator) is preferably used which forms radicals at a selected wavelength of the electromagnetic radiation used in the process. Suitable radical formers are, for example, anthrone derivatives, such as violanthrone or isoviolanthrone, fluorescein, rubrene, anthrazine derivatives, tetrazene derivatives, benzanthrone, benzanthronil, eosin, levolinic acid derivatives, phosphine derivatives, mono- and bis-acyl phosphines, in particular lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate, metallocenes, acetophenones, benzophenones, xanthones, quinones, ketone derivatives, hydroxyketones, aminoketones, benzoyl peroxides, pyridine salts, phenylglyoxylates and/or iodonium salts.

Darüber hinaus kann der erfindungsgemäß verwendeten Tinte eine Substanz zugesetzt werden, die eine Photovernetzung tieferer, flüssiger Schichten verhindert. So bleibt flüssige Lösung außerhalb der Fokusebene flüssig, auch wenn sie sich im Einstrahlbereich der über ihr liegenden Fokusebene befindet. Dies funktioniert durch eine Absorption der Substanz bei der Wellenlänge, bei der die Vernetzung stattfindet (vernetzende Wellenlänge). Das Abfangen findet in der Fokusebene statt, so dass kein Eindringen der vernetzenden Wellenlänge in tiefere Schichten möglich ist. Geeignet sind alle Substanzen, die in der gewünschten Wellenlänge absorbieren, wie etwa Farbstoffe. In addition, a substance can be added to the ink used according to the invention that prevents photocrosslinking of deeper, liquid layers. This way, liquid solution outside the focal plane remains liquid, even if it is in the The radiation area of the focal plane above it is located. This works through absorption of the substance at the wavelength at which cross-linking takes place (cross-linking wavelength). The interception takes place in the focal plane so that the cross-linking wavelength cannot penetrate into deeper layers. All substances that absorb at the desired wavelength, such as dyes, are suitable.

Darüber hinaus ist es in einer Variante möglich, dass die erfindungsgemäß verwendete Tinte einen temperatursensitiven Gelbildner aufweist. Insbesondere ist der Einsatz eines invers-temperatursensitiven (auch als revers-temperatursensitiv bezeichneten) Gelbildners vorgesehen. Ein solcher Gelbildner wird mit steigender Temperatur fester. Durch ein Erwärmen des Reaktionsgefäßes erstarrt die Reaktionsflüssigkeit und bildet ein zunächst nur metastabiles Gel. Sollte die Tinte nicht gleichzeitig photovernetzt werden, kann durch ein nachfolgendes Abkühlen des 3D-Gerüsts das metastabile Gel wieder verflüssigt und abgepumpt werden. Bei gewöhnlichen temperatursensitiven Gelbildnern liegen die anzuwendenden Temperaturverhältnisse genau umgekehrt. So kann bei Bedarf beispielsweise eine Stützstruktur erstellt werden, so dass hängende Strukturen erzeugbar sind. Wird das metastabile Gel hingegen zumindest teilweise mit elektromagnetischer Strahlung in geeigneter Wellenlänge bestrahlt, kommt es zu einer Photovernetzung, so dass das metastabile Gel in diesen Bereichen in ein stabiles Gel bzw. Polymernetzwerk umgesetzt wird. In addition, in one variant it is possible for the ink used according to the invention to have a temperature-sensitive gelling agent. In particular, the use of an inverse temperature-sensitive (also referred to as reverse temperature-sensitive) gelling agent is provided. Such a gelling agent becomes more solid as the temperature rises. By heating the reaction vessel, the reaction liquid solidifies and initially forms a gel that is only metastable. If the ink is not photo-crosslinked at the same time, the metastable gel can be liquefied again and pumped out by subsequently cooling the 3D framework. With conventional temperature-sensitive gelling agents, the temperature conditions to be used are exactly the opposite. For example, a support structure can be created if required so that hanging structures can be created. If, on the other hand, the metastable gel is at least partially irradiated with electromagnetic radiation of a suitable wavelength, photo-crosslinking occurs so that the metastable gel in these areas is converted into a stable gel or polymer network.

Mit anderen Worten ausgedrückt, kann durch den temperatursensitiven, insbesondere invers-temperatursensitiven, Gelbildner und eine Temperaturkontrolle des Reaktionsraumes noch einfacher mit hängenden Partien und Hinterschnitten oder Hohlräumen gearbeitet werden. Auch in dieser Variante kann weiterhin mit flüssigen Strukturen als Stütze gearbeitet werden. In other words, the temperature-sensitive, particularly inverse-temperature-sensitive, gelling agent and temperature control of the reaction chamber make it even easier to work with hanging sections and undercuts or cavities. In this variant, too, it is still possible to work with liquid structures as a support.

Es ist darüber hinaus möglich, einen Temperaturgradienten vorzusehen, so dass ein metastabiles Gel nicht in allen Bereichen der mit dem temperatursensitiven, insbesondere invers-temperatursensitiven, Gelbildner versetzten Flüssigkeit erfolgt. Mit Hilfe eines solchen Gradienten können noch komplexere Strukturen erzeugt werden. It is also possible to provide a temperature gradient so that a metastable gel does not form in all areas of the liquid mixed with the temperature-sensitive, in particular inverse-temperature-sensitive, gelling agent. With the help of such a gradient, even more complex structures can be created.

Alternativ oder zusätzlich zu der Bildung von Hohlräumen über die Verwendung eines Gelbildners können auch Enzyme zur Verdauung von Teilen des gebildeten 3D-Gerüsts eingesetzt werden. Das Prinzip ist das Folgende: Ein 3D-Gerüst mit Hohlräumen/Hinterschnitten (z.B. einem Kanalsystem) wird als solider Körper gedruckt, indem alle Hohlräume beim Druck mit einem Opfermaterial ausgefüllt sind, welches später (d.h. nach Abschluss des Drucks) durch Gabe des richtigen Enzyms aufgelöst werden kann. Das Opfermaterial ist bspw. ein verdaubares Polymer, das durch Zugabe eines verdauenden Enzyms verdaut wird. Dies ist eine elegante Strategie zum Schaffen von Hohlräumen mit stereolithografischen Druckverfahren. Beispielsweise kann eine Hyaluronidase (verdauendes Enzym) Hyaluronsäure (Opfermaterial) verdauen, so dass an der Stelle im 3D-Gerüst, in der Hyaluronsäure verdruckt wurde, durch Hyaluronidaseverdau ein Hohlraum entsteht. Alternatively or in addition to the formation of cavities via the use of a gelling agent, enzymes can also be used to digest parts of the formed 3D scaffold The principle is as follows: A 3D scaffold with cavities/undercuts (e.g. a channel system) is printed as a solid body by filling all cavities with a sacrificial material during printing, which can later (i.e. after printing is complete) be dissolved by adding the right enzyme. The sacrificial material is, for example, a digestible polymer that is digested by adding a digesting enzyme. This is an elegant strategy for creating cavities using stereolithographic printing processes. For example, a hyaluronidase (digesting enzyme) can digest hyaluronic acid (sacrificial material), so that a cavity is created by hyaluronidase digestion at the point in the 3D scaffold where hyaluronic acid was printed.

Alternativ kann zur Schaffung eines Hohlraums/Hinterschnittes auch ein Photoblocker in der erfindungsgemäßen Tinte oder der erfindungsgemäß verwendeten Tinte eingesetzt werden, wobei der Photoblocker die Aushärtetiefe der Tinte einschränkt. Auf diese Weise kann auch die Aushärtung durch Einstrahlung in einer Schicht erfolgen, ohne dabei in der Einstrahltiefe alle Bereiche auszuhärten, die im Strahlengang liegen. Die Möglichkeit der schichtweisen Aushärtung erhöht die Druckgeschwindigkeit gegenüber punktuellen Verfahren immens. Alternatively, a photoblocker can be used in the ink according to the invention or the ink used according to the invention to create a cavity/undercut, whereby the photoblocker limits the curing depth of the ink. In this way, curing can also take place by irradiation in one layer without curing all areas in the irradiation depth that lie in the beam path. The possibility of layer-by-layer curing increases the printing speed immensely compared to point-by-point processes.

In einer Variante wird zwischen einer Quelle für die elektromagnetische Strahlung (Strahlungsquelle), die zur Erzeugung der einen und/oder der weiteren elektromagnetischen Strahlung dient, und dem Reaktionsgefäß ein optisches System angeordnet, das zur Fokussierung der elektromagnetischen Strahlung auf die jeweilige Fokusebene in dem Reaktionsgefäß dient. Dabei ist es in einer Variante vorgesehen, dass eine Refokussierung dieses optischen Systems erfolgen kann, um die Schicht der Aushärtung innerhalb des Reaktionsgefäßes zu ändern. Eine derartige Refokussierung kann beispielsweise durch eine Veränderung des Abstands des optischen Systems zur Strahlungsquelle erreicht werden. Dabei kann ein computergesteuerter Schrittmotor vorgesehen sein, um eine entsprechende Bewegung des optischen Systems zu vermitteln. Beim optischen System kann es sich beispielsweise um ein System optischer Linsen oder - in einem konstruktiv besonders einfach gelagerten Fall - um eine einzelne Fokussierlinse handeln. Alternativ dazu kann aber auch der Punkt oder die Schicht der Aushärtung statisch sein und das aufzubauende 3D-Gerüst relativ zu der elektromagnetischen Strahlung bewegt werden. Das jeweils gewählte Bestrahlungsmuster zur Herstellung des vernetzten 3D-Gerüsts kann beispielsweise von einem Computerprogramm bereitgestellt werden. So ist es denkbar, dass ein Anwender das herzustellende 3D-Gerüst mittels eines CAD- Programms erstellt. Das derart erstellte digitale Objekt wird dann von einem geeigneten Computerprogramm in einzelne Bestrahlungsebenen zerschnitten. Zu diesen Informationen werden Steuerinformationen für einen Drucker erstellt, mittels dessen das beschriebene Verfahren durchgeführt wird. Diese Steuerinformationen geben vor, wann welche photovernetzbare Tinte/Flüssigkeit in das Reaktionsgefäß eingebracht werden muss. Ferner geben diese Steuerinformationen vor, wann welches Bild einer Bestrahlungsebene auf die jeweilige Fokusebene im Reaktionsgefäß projiziert werden soll. Auf diese Weise lässt sich dann das zuvor am Computer erstellte 3D-Gerüst in ein reales 3D-Gerüst überführen. In one variant, an optical system is arranged between a source for the electromagnetic radiation (radiation source), which serves to generate one and/or the other electromagnetic radiation, and the reaction vessel, which serves to focus the electromagnetic radiation on the respective focal plane in the reaction vessel. In one variant, it is provided that this optical system can be refocused in order to change the layer of curing within the reaction vessel. Such refocusing can be achieved, for example, by changing the distance of the optical system from the radiation source. A computer-controlled stepper motor can be provided to impart a corresponding movement of the optical system. The optical system can, for example, be a system of optical lenses or - in a case with a particularly simple design - a single focusing lens. Alternatively, the point or layer of curing can also be static and the 3D framework to be built can be moved relative to the electromagnetic radiation. The irradiation pattern selected for producing the cross-linked 3D framework can be provided by a computer program, for example. It is conceivable that a user creates the 3D framework to be produced using a CAD program. The digital object created in this way is then cut into individual irradiation planes by a suitable computer program. Control information is created for a printer using this information, which is used to carry out the described process. This control information specifies when which photo-cross-linkable ink/liquid must be introduced into the reaction vessel. This control information also specifies when which image of an irradiation plane should be projected onto the respective focal plane in the reaction vessel. In this way, the 3D framework previously created on the computer can then be converted into a real 3D framework.

In einer Variante weist die in den erfindungsgemäßen Verfahren verwendete elektromagnetische Strahlung eine Wellenlänge im Bereich von 200 nm bis 1000 nm (also eine Wellenlänge, die zwischen dem UV-Bereich und dem Infrarot-Bereich liegt), stärker bevorzugt im Bereich von 350 nm und 800 nm auf. Mit derartigen Wellenlängen lassen sich die bevorzugt als Radikalbildner eingesetzten Substanzen besonders gut anregen, so dass Radikale gebildet werden, um eine Vernetzung des die vernetzbaren Gruppen tragenden Polypeptids zu ermöglichen. In one variant, the electromagnetic radiation used in the method according to the invention has a wavelength in the range from 200 nm to 1000 nm (i.e. a wavelength that lies between the UV range and the infrared range), more preferably in the range from 350 nm to 800 nm. With such wavelengths, the substances preferably used as radical formers can be particularly well excited, so that radicals are formed in order to enable cross-linking of the polypeptide carrying the cross-linkable groups.

Weitere geeignete Wellenlängen der eingesetzten elektromagnetischen Strahlung liegen im Bereich von 250 nm bis 950 nm, insbesondere von 250 nm bis 850 nm, insbesondere von 300 nm bis 800 nm, insbesondere von 300 nm bis 750 nm, insbesondere von 300 nm bis 700 nm, insbesondere von 350 nm bis 650 nm und ganz besonders von 350 nm bis 410 nm. Other suitable wavelengths of the electromagnetic radiation used are in the range from 250 nm to 950 nm, in particular from 250 nm to 850 nm, in particular from 300 nm to 800 nm, in particular from 300 nm to 750 nm, in particular from 300 nm to 700 nm, in particular from 350 nm to 650 nm and very particularly from 350 nm to 410 nm.

Wie sich aus der vorherigen Darstellung der Herstellung des erfindungsgemäßen 3D- Gerüsts ergibt, kann der Schritt des 3D-Drucks des 3D-Gerüsts vollständig automatisiert durchgeführt werden, so dass ein Eingriff eines Benutzers nicht erforderlich ist. Dies erleichtert die Verfahrensanwendung zusätzlich. As can be seen from the previous description of the production of the 3D framework according to the invention, the step of 3D printing the 3D framework can be carried out completely automatically, so that user intervention is not required. This further facilitates the application of the method.

Wenn das 3D-Gerüst auf einer Trägerplatte erzeugt wird, kann diese Trägerplatte nach Ende des Herstellungsprozesses komplett aus der noch verbliebenen Tinte im Reaktionsgefäß herausgehoben werden. Anschließend kann das erzeugte 3D-Gerüst vom Anwender von der Trägerplatte entfernt werden. If the 3D framework is created on a carrier plate, this carrier plate can be completely removed from the remaining ink in the reaction vessel. The generated 3D scaffold can then be removed from the carrier plate by the user.

Die vorliegende Erfindung soll nun anhand der folgenden Beispiele genauer erläutert werden: The present invention will now be explained in more detail using the following examples:

Abbildungen der Figuren: Images of the figures:

Fig. 1 zeigt temperaturabhängiges Gelierverhalten des erfindungsgemäßenFig. 1 shows temperature-dependent gelling behaviour of the inventive

Polypeptids (CoIMP) im Vergleich zu Gelatine; polypeptide (CoIMP) compared to gelatin;

Fig. 2 zeigt ein 1H-NMR des erfindungsgemäßen Polyeptids (CoIMP) in unmodifizierter Form; Fig. 2 shows a 1 H-NMR of the polypeptide according to the invention (CoIMP) in unmodified form;

Fig. 3 zeigt ein 1H-NMR des erfindungsgemäßen Polpeptids (CoIMP) modifiziert mit Methacryloylgruppen; Fig. 3 shows a 1 H-NMR of the polypeptide (CoIMP) according to the invention modified with methacryloyl groups;

Fig. 4 zeigt ein CD-Spektrum des erfindungsgemäßen (CoIMP) Polypeptids bei 5 °C, 20 °C und 37 °C; Fig. 4 shows a CD spectrum of the polypeptide of the invention (CoIMP) at 5 °C, 20 °C and 37 °C;

Fig. 5 zeigt ein CD-Spektrum von Gelatine bei 5 °C, 20 °C und 37 °C. Fig. 5 shows a CD spectrum of gelatin at 5 °C, 20 °C and 37 °C.

Aminosäureanalyse: Amino acid analysis:

In ein Proben röhrchen aus Glas werden zu 2 bis 12 mg Polypeptid und 200 pL eines Gemisches aus konzentrierter Salzsäure und Trifluoressigsäure (Volumenverhältnis 2:1) gegeben. Das Probenröhrchen wird verschlossen und für 25 min bei 166°C hydrolysiert. Anschließend wird unter Vakuum vollständig getrocknet. Das Trockenprodukt wird in 1000 pL demineralisiertem Wasser gelöst. Die resultierende Lösung wird als Hydrolysat bezeichnet. 2 to 12 mg of polypeptide and 200 pL of a mixture of concentrated hydrochloric acid and trifluoroacetic acid (volume ratio 2:1) are added to a glass sample tube. The sample tube is sealed and hydrolyzed for 25 minutes at 166°C. It is then completely dried under vacuum. The dry product is dissolved in 1000 pL of demineralized water. The resulting solution is called the hydrolyzate.

Für die Aminosäureanalytik wird ein Teil des Hydrolysats verdünnt, so dass die verdünnte Lösung einer Konzentration von 8 bis 18 pg des ausgehenden, nun hydrolysierten, Polypeptids entspricht (abhängig vom Instrument). Die Aminosäureanalyse wird mit einem Model 835 High-Speed Amino Acid Analyzer der Firma Hitachi unter Standardbedingungen für Proteinhydrolysate durchgeführt. Zur Auftrennung wird eine Kationenaustauschsäule verwendet. Die Detektion der Aminosäuren erfolgt mittels anschließender Verwendung einer Ninhydrin-Reaktion spektroskopisch. Das Absorptionsmaximum des gefärbten Hydroxyprolins liegt bei 440 nm. Ein Aminosäurestandard wurde verwendet, um das Instrument zu kalibrieren. For amino acid analysis, a portion of the hydrolysate is diluted so that the diluted solution corresponds to a concentration of 8 to 18 pg of the outgoing, now hydrolysed, polypeptide (depending on the instrument). Amino acid analysis is performed using a Hitachi Model 835 High-Speed Amino Acid Analyzer under standard conditions for protein hydrolysates. A cation exchange column is used for separation. Amino acids are detected spectroscopically using a subsequent ninhydrin reaction. The absorption maximum of the colored hydroxyproline is at 440 nm. An amino acid standard was used to calibrate the instrument.

Beispiel 1 : Klonierungsarbeiten zur Herstellung eines Expressionskonstrukts für erfindungsgemäße rekombinante humane Polypeptide: Example 1: Cloning work to produce an expression construct for recombinant human polypeptides according to the invention:

Das Gen zur rekombinanten Herstellung des erfindungsgemäßen Polypeptids (SEQ ID Nr. 2) ist eines, das einen Teil des humanen Kollagen I alpha 1 Proteins codiert. Die codierende DNA-Sequenz wurde für die Expression in Hefe (oder allgemeiner Organismus) codonoptimiert und als Produkt künstlicher Gensynthese (Invitrogen) bestellt. Die codierende Sequenz wurde anschließend mittels Restriktionsverdau und anschließender Ligation im Leserahmen hinter das a-Sekretionssignal des pPIC9K- Vektors (Thermo Fisher Scientific) kloniert. (SEQ ID Nr. 5) Die korrekte Integration des Zielgens wurde mittels DNA-Sequenzierung bestätigt. The gene for recombinant production of the polypeptide of the invention (SEQ ID No. 2) is one that encodes a portion of the human collagen I alpha 1 protein. The coding DNA sequence was codon optimized for expression in yeast (or general organism) and ordered as a product of artificial gene synthesis (Invitrogen). The coding sequence was then cloned by restriction digestion followed by in-frame ligation behind the α-secretion signal of the pPIC9K vector (Thermo Fisher Scientific). (SEQ ID No. 5) Correct integration of the target gene was confirmed by DNA sequencing.

Für die Aufreinigung mittels immobilisierter Metallionenchromatographie (IMAC) wurde in das oben beschriebene Konstrukt ein His-6-Tag eingefügt (SEQ ID Nr. 4). Dafür wurde durch PCR mit einem Primer, welche den His-6-Tag auf einem nicht bindenden Überhang codiert, die His-Tag codierende Sequenz zwischen die das Polypeptid codierende Sequenz und das Stopp-Codon eingefügt. Die korrekte Integration des His- 6-Tags wurde durch DNA-Sequenzierung bestätigt. (SEQ ID Nr. 7.) For purification by immobilized metal ion chromatography (IMAC), a His-6 tag was inserted into the construct described above (SEQ ID No. 4). To do this, the His-tag coding sequence was inserted between the polypeptide coding sequence and the stop codon by PCR with a primer encoding the His-6 tag on a non-binding overhang. The correct integration of the His-6 tag was confirmed by DNA sequencing (SEQ ID No. 7).

Beispiel 2: Transformation des Expressionskonstrukts in Komagataella phaffir. Example 2: Transformation of the expression construct into Komagataella phaffir.

Für die Transformation wurde das zuvor generierte DNA-Konstrukt mittels Restriktionsverdau linearisiert und anschließend mittels Elektroporation in den GS115 Komagataella phaffii Stamm (Thermo Fisher Scientific) eingebracht. Positive Klone wurden durch Wachstum auf Selektionsmedium identifiziert. Beispiel 3: Expression des erfindungsgemäßen Polypeptids im Labormaßstab Bioreaktor: For transformation, the previously generated DNA construct was linearized by restriction digestion and then introduced into the GS115 Komagataella phaffii strain (Thermo Fisher Scientific) by electroporation. Positive clones were identified by growth on selection medium. Example 3: Expression of the polypeptide according to the invention in a laboratory scale bioreactor:

Das rekombinante Polypeptid wird in einem Fed-Batch-Verfahren im 30 L-Maßstab hergestellt. Hierfür wird ein 30 L-Edelstahlbioreaktor (Sartorius) mit allen nötigen Sensoren (DO, pH, Temperatur) ausgestattet. Zusätzlich wird ein Methanolsensor (Raven Biotech) in den Reaktor verbaut. Die Fermentation wird durch Inokulation mit einer optischen Dichte bei 600 nm (ODeoo) von 0,5 aus einer Vorkultur gestartet. Während der Fermentation werden Temperatur und pH konstant bei 30 °C bzw. 5 gehalten. Der Gelöstsauerstoff wird durch Variation der Rührerdrehzahl, Variation der Begasungsrate sowie Zugabe von Sauerstoff zur Zuluft bei Werten über 30 % gehalten. The recombinant polypeptide is produced in a fed-batch process on a 30 L scale. For this purpose, a 30 L stainless steel bioreactor (Sartorius) is equipped with all the necessary sensors (DO, pH, temperature). In addition, a methanol sensor (Raven Biotech) is installed in the reactor. The fermentation is started by inoculation with an optical density at 600 nm (ODeoo) of 0.5 from a pre-culture. During fermentation, the temperature and pH are kept constant at 30 °C and 5, respectively. The dissolved oxygen is kept at values above 30% by varying the stirrer speed, varying the gassing rate, and adding oxygen to the supply air.

Das Ende der Batch-Phase wird durch eine plötzliche Spitze im Messwert des Gelöstsauerstoffs erkannt, wenn die C-Quelle im Fermentationsmedium aufgebraucht ist. In der anschließenden Fed-Phase wird die M ethanol konzentration durch automatisierte Zugabe von Methanol basierend auf dem Messwert des Methanolsensors konstant bei 0,5 % gehalten. Die Fermentation wie oben beschrieben wird typischerweise nach 50-60 Stunden beendet. The end of the batch phase is detected by a sudden spike in the dissolved oxygen reading when the C source in the fermentation medium is used up. In the subsequent fed phase, the methanol concentration is kept constant at 0.5% by automated addition of methanol based on the reading of the methanol sensor. Fermentation as described above is typically terminated after 50-60 hours.

Beispiel 4: Aufreinigung des erfindungsgemäßen Polypeptids aus der Fermentationsbrühe: Example 4: Purification of the polypeptide according to the invention from the fermentation broth:

Zur Aufreinigung werden zunächst die Zellen durch Zentrifugation entfernt. Grobe Verunreinigungen werden anschließend durch Filtration mit einem 1 pm-Filter abgetrennt, bevor kleinere Partikel und übrige Zellen durch Filtration durch eine 0,45 pm- Membran entfernt werden. Anschließend wird das Filtrat durch Tangentialflussfiltration mit einer 30 kDa-Membran gegen Reinstwasser dialysiert bis sich ein konstant bleibender Leitwert einstellt. Das Volumen wird anschließend durch Konzentration in dem Tangetialfiltrationsprozess reduziert und das Konzentrat durch Lyophilisation getrocknet. For purification, the cells are first removed by centrifugation. Coarse impurities are then separated by filtration with a 1 pm filter, before smaller particles and remaining cells are removed by filtration through a 0.45 pm membrane. The filtrate is then dialyzed against ultrapure water by tangential flow filtration with a 30 kDa membrane until a constant conductivity is achieved. The volume is then reduced by concentration in the tangential filtration process and the concentrate is dried by lyophilization.

Für die chromatographische Aufreinigung wird das trockene Produkt in geeignetem Laufpuffer gelöst und entweder mittels Kationenaustauschchromatographie oder IMAC weiter aufgereinigt. Das Eluat beider chromatographischer Verfahren wird anschließend mittels Tangetialflussfiltrration und einer 30 kDa-Membran gegen Reinstwasser dialysiert bis sich ein konstanter Leitwert einstellt, und anschließend durch Lyophilisation getrocknet. For chromatographic purification, the dry product is dissolved in a suitable running buffer and further purified using either cation exchange chromatography or IMAC. The eluate from both chromatographic processes is then dialyzed against ultrapure water using tangential flow filtration and a 30 kDa membrane until a constant conductivity is achieved and then dried by lyophilization.

Beispiel 5: Biokompatibilitätstests: Example 5: Biocompatibility tests:

Das aufgereinigte Polypeptid wird mittels MTT-Test auf seine Biokompatibilität untersucht. Dafür werden L929-Zellen in einer 96-Well-Platte für 24 Stunden nach Aussaat kultiviert. Anschließend wird das rekombinante Polypeptid in Konzentrationen von 1 % und 0,1 % (w/v) gelöst in Zellkulturmedium zu den Zellen hinzugegeben und die Zellen für weitere 24 Stunden kultiviert. Für die Analyse wird Thiazolylblau (MTT) in einer Konzentration von 1 mg/mL in Zellkulturmedium zu den Zellen gegeben und für 2 Stunden bei 37 °C inkubiert. Die Färbelösung wird anschließend entfernt und das gebildete Formazan in Isopropanol gelöst. Über die Absorptionsmessung der Isopropanollösung bei 570 nm und 650 nm wird die metabolische Aktivität der Zellen bestimmt. Die gemessenen Werte werden auf eine Kontrollgruppe ohne Substanzzugabe normalisiert. Zellen, die mit einer 1 %-igen Lösung des rekombinanten Materials behandelt wurden, zeigen normalerweise eine metabolische Aktivität von mindestens 70 % gegenüber der Kontrollgruppe. The purified polypeptide is tested for its biocompatibility using the MTT test. For this, L929 cells are cultivated in a 96-well plate for 24 hours after seeding. The recombinant polypeptide is then added to the cells in concentrations of 1% and 0.1% (w/v) dissolved in cell culture medium and the cells are cultivated for a further 24 hours. For the analysis, thiazolyl blue (MTT) is added to the cells in a concentration of 1 mg/mL in cell culture medium and incubated for 2 hours at 37 °C. The staining solution is then removed and the formazan formed is dissolved in isopropanol. The metabolic activity of the cells is determined by measuring the absorption of the isopropanol solution at 570 nm and 650 nm. The measured values are normalized to a control group without the addition of any substance. Cells treated with a 1% solution of the recombinant material typically show a metabolic activity of at least 70% compared to the control group.

Beispiel 6: Funktionalisierung des aufgereinigten Produktes: Example 6: Functionalization of the purified product:

Zur Verwendung im 3D-Druck wird das aufgereinigte Polypeptid durch Anfügen von Methacryloylgruppen funktionalisiert. Hierfür wird das aufgereinigte Protein in einer Konzentration von 10 % (w/v) in 0,25 M CB-Puffer (pH 9) bei 25 °C gelöst. Anschließend wird der pH-Wert auf 9 eingestellt. Zum Start der Reaktion werden 0,1 mL Methacrylsäureanhydrid (MAA) (Sigma-Aldrich) pro Gramm trockenem Protein unter konstantem Rühren zu der Reaktion hinzugegeben. Ab der Zugabe von MAA wird unter Vermeidung direkter Lichteinstrahlung gearbeitet. Anschließend wird die Reaktion für 3 h unter Rückflusskühlung durchgeführt. Nach 3 h wird die Reaktion durch Verdünnen der Reaktionslösung mit CB-Puffer beendet. Die Reaktionslösung wird in einen Dialyseschlauch mit einem MWCO von 14 kDa überführt und für 3 Tage gegen H2O dialysiert. Das Dialysewasser wird zweimal täglich gewechselt. Nach der Dialyse wird der Inhalt des Dialyseschlauches durch einen 0,45 pm-Filter filtriert und unter sterilen Bedingungen lyophilisiert. Ein Vergleichsmaterial (GelMA) wird analog aus Gelatine (Medella Pro, Gelita) hergestellt. For use in 3D printing, the purified polypeptide is functionalized by adding methacryloyl groups. For this purpose, the purified protein is dissolved in a concentration of 10% (w/v) in 0.25 M CB buffer (pH 9) at 25 °C. The pH is then adjusted to 9. To start the reaction, 0.1 mL methacrylic anhydride (MAA) (Sigma-Aldrich) per gram of dry protein is added to the reaction with constant stirring. From the addition of MAA, work is carried out avoiding direct light. The reaction is then carried out under reflux cooling for 3 h. After 3 h, the reaction is terminated by diluting the reaction solution with CB buffer. The reaction solution is transferred to a dialysis tube with a MWCO of 14 kDa and dialyzed against H2O for 3 days. The dialysis water is changed twice a day. After dialysis, the contents of the dialysis tube are filtered through a 0.45 pm filter and stored under sterile conditions. A comparison material (GelMA) is produced analogously from gelatin (Medella Pro, Gelita).

Beispiel 7: Rheologische Analyse der Vernetzungseigenschaften: Example 7: Rheological analysis of crosslinking properties:

Zur Analyse der Vernetzungseigenschaften wird das lyophilisierte und funktionalisierte Polypeptid in einer Konzentration von 10 % (w/v) in H2O und einer finalen Konzentration von 0,1 % Lithium-Phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinat (LAP) gelöst. Die Vernetzungseigenschaften durch Radikalkettenreaktion der eingefügten Methacryloylgruppen (Verlust und Speichermodul) vor, während und nach UV- Belichtung (365 nm, 19,95 mW/cm2) werden auf einem Rheometer (Anton-Paar) bei 1 Hz und 0,1 % Deformation bei 0,5 mm Messspalt und 37 °C gemessen. Zur Aushärtung während der Messung wird das Material für 180 s mit UV-Licht bestrahlt. GelMA wird als Vergleichsmaterial mit derselben Methode vermessen. Beide Materialien zeigen bei Bestrahlung mit UV-Licht eine rasche Zunahme des Speichermodules (G‘) als Folge der Polymerisationsreaktion. To analyze the crosslinking properties, the lyophilized and functionalized polypeptide is dissolved in a concentration of 10% (w/v) in H2O and a final concentration of 0.1% lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate (LAP). The crosslinking properties through radical chain reaction of the inserted methacryloyl groups (loss and storage modulus) before, during and after UV exposure (365 nm, 19.95 mW/cm 2 ) are measured on a rheometer (Anton-Paar) at 1 Hz and 0.1% deformation at a 0.5 mm measuring gap and 37 °C. To cure the material during the measurement, it is irradiated with UV light for 180 s. GelMA is measured as a comparison material using the same method. When irradiated with UV light, both materials show a rapid increase in the storage modulus (G') as a result of the polymerization reaction.

Beispiel 8: Bestimmung der Funktionalisierung mittels 1H-NMR: Example 8: Determination of functionalization using 1 H-NMR:

Zur Bestimmung des Funktionalisierungsgrades werden jeweils 20 mg unfunktionalisiertes und 20 mg funktionalisiertes Polypeptid (aus Beispiel 4 und 6) in 1 mL D2O gelöst und mittels 1H-NMR auf einem Ascend 400 (Bruker) bei 400 MHz vermessen. Der Funktionalisierungsgrad wird durch die Verhältnisse des Integrals des Lysinpeaks im unmodifizierten und modifizierten rekombinanten Material normalisiert auf den Phenylalaninpeak bestimmt. Das Spektrum des unmodifizierten Polypeptides (vgl. Fig. 2) zeigt im Gegensatz zu dem modifizierten Polypeptid (vgl. Fig. 3) einen höheren Lysinpeak bei ca. 2,9 ppm. Zusätzlich fehlen für das unmodifizierte Polypeptid die für die Methacryloylgruppe typischen Peaks bei ca. 5,3 ppm und ca. 5,6 ppm. To determine the degree of functionalization, 20 mg of unfunctionalized and 20 mg of functionalized polypeptide (from examples 4 and 6) are dissolved in 1 mL D2O and measured by 1 H-NMR on an Ascend 400 (Bruker) at 400 MHz. The degree of functionalization is determined by the ratios of the integral of the lysine peak in the unmodified and modified recombinant material normalized to the phenylalanine peak. In contrast to the modified polypeptide (see Fig. 3), the spectrum of the unmodified polypeptide (see Fig. 2) shows a higher lysine peak at approx. 2.9 ppm. In addition, the peaks typical for the methacryloyl group at approx. 5.3 ppm and approx. 5.6 ppm are missing for the unmodified polypeptide.

Beispiel 9: Zelladhäsionstest mit erfindungsgemäßem quervernetztem funktionalisiertem Polypeptid: Example 9: Cell adhesion test with cross-linked functionalized polypeptide according to the invention:

Zum Test der Zelladhäsion wird das funktionalisierte Polypeptid in einer Konzentration von 10 % (w/v) in phosphatgepufferter Salzlösung (PBS) mit einer Konzentration von 0,1 % LAP gelöst. Die Biotinte wird in eine 96-Well-ultra-low-attachment (ULA)-Platte gegeben und durch Belichtung vollständig polymerisiert. Als Positivkontrolle wird eine 8 %-ige GelMA Tinte verwendet, als Negativkontrolle dient ein unbeschichtetes Well der Platte. To test cell adhesion, the functionalized polypeptide is dissolved in a concentration of 10% (w/v) in phosphate buffered saline (PBS) at a concentration of 0.1% LAP. The bioink is placed in a 96-well ultra-low attachment (ULA) plate and completely polymerized by exposure. An 8% GelMA ink is used as a positive control, and an uncoated well of the plate serves as a negative control.

Für die Besiedelung werden primäre humane Fibroblasten aus der Vorhaut (FS- Fibroblasten) jeweils auf das Well mit polymerisiertem GelMA sowie quervernetztem, erfindungsgemäßem, funktionalisiertem Polypeptid (Beispiel 7) sowie der unbeschichteten Platte gegeben und für 24 Stunden bei 37 °C inkubiert. For colonization, primary human fibroblasts from the foreskin (FS fibroblasts) are each placed on the well with polymerized GelMA and cross-linked, functionalized polypeptide according to the invention (Example 7) as well as the uncoated plate and incubated for 24 hours at 37 °C.

Die Zellen werden anschließend per Lebend-Tot-Färbung mit Hoechst 33342, Calcein Red-Oragne AM und CellTox Green und Fluoreszenzmikroskopie untersucht. The cells are then examined by live-dead staining with Hoechst 33342, Calcein Red-Oragne AM and CellTox Green and fluorescence microscopy.

FS-Fibroblasten auf dem rekombinantem Polypeptid zeigen einen geringeren Anteil an toten Zellen im Vergleich zu GelMA und darüber hinaus bessere Zelladhäsion mit gleichmäßigerer Verteilung. FS-Fibroblasten auf der unbehandelten Platte bilden Spheroide mit einem hohen Anteil toter Zellen. FS fibroblasts on the recombinant polypeptide show a lower proportion of dead cells compared to GelMA and also better cell adhesion with a more even distribution. FS fibroblasts on the untreated plate form spheroids with a high proportion of dead cells.

Beispiel 10: 3D-Biodruck des erfindungsgemäßen funktionalisierten PolypeptidsExample 10: 3D bioprinting of the functionalized polypeptide according to the invention

(nach Beispiel 6): (according to example 6):

Für den 3D-Biodruck wird das funktionalisierte Polypeptid wie zuvor beschrieben in 10 %-iger und 5 %-iger (w/v) Konzentration in PBS mit 0,1 % LAP gelöst. Anschließend wird die hergestellte Biotinte verwendet, um auf einem proprietären Multimaterialstereolithographen (Cellbricks) einen Zylinder mit 1 mm Höhe und 1 mm Radius zu drucken. Das Material zeigt dabei eine gute Druckbarkeit mit Polymerisation im bestrahlten Bereich innerhalb weniger Sekunden und klar definierten Konturen. Nach 24 h wurden FS-Fibroblasten (20.000 Zellen/Konstrukt) in dem Konstrukt wie bereits im Adhäsionstest beschrieben mittels Lebend-Tot-Färbung fluoreszenzmikroskopisch untersucht. FS-Fibroblasten zeigen Adhäsion an das Material des gedruckten Gerüsts über einen Zeitraum von mehreren Tagen mit Migration der Zellen durch das Material des Probenkörpers. Beispiel 11 : Thermisches Gelierverhalten des erfindungsgemäßen, unfunktionalisierten Polypeptids (nach Beispiel 4): For 3D bioprinting, the functionalized polypeptide is dissolved in 10% and 5% (w/v) concentrations in PBS with 0.1% LAP as previously described. The bioink produced is then used to print a cylinder with a height of 1 mm and a radius of 1 mm on a proprietary multi-material stereolithograph (Cellbricks). The material shows good printability with polymerization in the irradiated area within a few seconds and clearly defined contours. After 24 h, FS fibroblasts (20,000 cells/construct) in the construct were examined by fluorescence microscopy using live-dead staining as already described in the adhesion test. FS fibroblasts show adhesion to the material of the printed scaffold over a period of several days with migration of the cells through the material of the sample body. Example 11: Thermal gelling behaviour of the unfunctionalised polypeptide according to the invention (according to Example 4):

Da das erfindungsgemäße, funktionalisierte Polypeptid erfahrungsgemäß einen geringeren Gelierpunkt hat, wird zur Messung des thermischen Gelierverhaltens das erfindungsgemäße, unfunktionalisierte Polypeptid verwendet. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass wenn das thermische Gelierverhalten des unfunktionalisierten Polypeptids geeignet ist, dass auch das funktionalisierte Polypeptid geeignet ist. Zur Messung des thermischen Gelierverhaltens wird das unfunktionalisierte Polypeptid in 10 % (w/v) in H2O gelöst und Verlust und Speichermodul bei abnehmender Temperatur zwischen 37 °C und 4 °C mit einer Kühlrate von 0,5 °C/min gemessen. Als Vergleich wird eine 10 %-Gelatinelösung verwendet. Das rekombinante Peptid zeigt im Gegensatz zu Gelatine im ambienten Temperaturbereich kein thermisches Gelierverhalten (vgl. dazu Fig. 1). Dies kann durch einen Anstieg des Speichermoduls bei Reduzierung der Temperatur beobachtet werden. Während bei Gelatine ein Anstieg des Speichermoduls bereits unterhalb ca. 27 °C beobachtet wird, zeigt das rekombinante Polypeptid einen solchen Anstieg erst unterhalb ca. 12 °C und liegt damit bei gleicher Konzentration im Gegensatz zu Gelatine bei für den 3D-Biodruck typischen Arbeitstemperaturen (Raumtemperatur ca. 18-22 °C) in flüssiger Form vor. Since experience has shown that the functionalized polypeptide according to the invention has a lower gelling point, the unfunctionalized polypeptide according to the invention is used to measure the thermal gelling behavior. In this way, it can be ensured that if the thermal gelling behavior of the unfunctionalized polypeptide is suitable, the functionalized polypeptide is also suitable. To measure the thermal gelling behavior, the unfunctionalized polypeptide is dissolved in 10% (w/v) H2O and loss and storage modulus are measured at decreasing temperature between 37 °C and 4 °C with a cooling rate of 0.5 °C/min. A 10% gelatin solution is used for comparison. In contrast to gelatin, the recombinant peptide does not show any thermal gelling behavior in the ambient temperature range (see Fig. 1). This can be observed by an increase in the storage modulus when the temperature is reduced. While an increase in the storage modulus is observed for gelatine already below approx. 27 °C, the recombinant polypeptide only shows such an increase below approx. 12 °C and is therefore, in contrast to gelatine, in liquid form at the same concentration at working temperatures typical for 3D bioprinting (room temperature approx. 18-22 °C).

Beispiel 13: Messung des Circulardichroismus des erfindungsgemäßen, unfunktionalisierten Polypeptids (nach Beispiel 4): Example 13: Measurement of the circular dichroism of the unfunctionalized polypeptide according to the invention (according to Example 4):

Zur Messung des Circulardichroismus wird das rekombinante Polypeptid bei einer Konzentration von 1 mg/mL in Reinstwasser gelöst und anschließend durch einen 0,22 pm Spritzenvorsatzfilter filtriert. Als Vergleichslösung wird Gelatine bei einer Konzentration von 1 mg/mL gelöst und durch einen 0,22 pm-Spritzenvorsatzfilter filtriert. Der Circulardichroismus der beiden Lösungen wird in einem J-815 CD-Spectrometer (Jasco) im Wellenlängenbereich von 190 bis 290 nm gemessen. Geplottet werden dabei die Mittelwerte von fünf aufeinanderfolgenden Messungen. Die Messungen wurden für beide Lösungen jeweils bei 5 °C, 20 °C und 37 °C durchgeführt (vgl. dafür Abb. 4 und Abb. 5.) Für Gelatine zeigt sich ein für Dreifachhelices typischer Peak bei ca. 220 nm bei 5 °C und 20 °C, jedoch nicht bei 37 °C. Für das rekombinante Polypeptid kann bei keinem der untersuchten Temperaturbereiche ein für Dreifachhelices typischer positiver Peak bei 220 nm beobachtet werden. Dies ist auf die fehlende oder geringere Prolylhydroxylierung des erfindungsgemäßen Polypeptids im Vergleich zum natürlich vorkommenden Polypeptidfragment zurückzuführen. To measure circular dichroism, the recombinant polypeptide is dissolved in ultrapure water at a concentration of 1 mg/mL and then filtered through a 0.22 pm syringe filter. As a comparison solution, gelatin is dissolved at a concentration of 1 mg/mL and filtered through a 0.22 pm syringe filter. The circular dichroism of the two solutions is measured in a J-815 CD spectrometer (Jasco) in the wavelength range from 190 to 290 nm. The mean values of five consecutive measurements are plotted. The measurements were carried out for both solutions at 5 °C, 20 °C and 37 °C (see Fig. 4 and Fig. 5). For gelatin, a peak typical for triple helices is seen at approx. 220 nm at 5 °C and 20 °C, but not at 37 °C. For the recombinant polypeptide, a positive signal typical for triple helices cannot be observed at any of the temperature ranges investigated. Peak at 220 nm can be observed. This is due to the lack or lower prolyl hydroxylation of the polypeptide according to the invention compared to the naturally occurring polypeptide fragment.

In den folgenden Tabellen sind die Sequenzlisten (SEQ ID Nr. 1 bis 8) beginnend mit dem N-terminalen Ende und endend mit dem C-terminalen Ende aufgelistet: The following tables list the sequence lists (SEQ ID No. 1 to 8) starting with the N-terminal end and ending with the C-terminal end:

Tabelle 1: Proteinsequenzen SEQ ID Nr. 1 und 2

Figure imgf000026_0001
Tabelle 2: Proteinsequenzen SEQ ID Nr. 3 und 4
Figure imgf000027_0001
Tabelle 3: SEQ ID Nr. 5: Nucleotidsequenz codierend für Proteinsequenz SEQ ID Nr. 1
Figure imgf000028_0001
Tabelle 4: SEQ ID Nr. 6: Nucleotidsequenz codierend für Proteinsequenz SEQ ID Nr. 2
Figure imgf000029_0001
Tabelle 5: SEQ ID Nr. 7: Nucleotidsequenz codierend für Proteinsequenz SEQ ID Nr. 3
Figure imgf000030_0001
Tabelle 6: SEQ ID Nr. 8: Nucleotidsequenz codierend für Proteinsequenz SEQ ID Nr. 4
Figure imgf000031_0001
Table 1: Protein sequences SEQ ID No. 1 and 2
Figure imgf000026_0001
Table 2: Protein sequences SEQ ID No. 3 and 4
Figure imgf000027_0001
Table 3: SEQ ID No. 5: Nucleotide sequence encoding protein sequence SEQ ID No. 1
Figure imgf000028_0001
Table 4: SEQ ID No. 6: Nucleotide sequence encoding protein sequence SEQ ID No. 2
Figure imgf000029_0001
Table 5: SEQ ID No. 7: Nucleotide sequence encoding protein sequence SEQ ID No. 3
Figure imgf000030_0001
Table 6: SEQ ID No. 8: Nucleotide sequence encoding protein sequence SEQ ID No. 4
Figure imgf000031_0001

Claims

Patentansprüche patent claims 1. Verfahren zur Herstellung einer Tinte für den 3D-Druck, wobei ein Polypeptid in ein Lösungsmittel gegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Polypeptid eines auf Basis von menschlichem Kollagen ist, das einen Anteil an Hydroxyprolin von maximal 5% aufweist, bezogen auf die Gesamtanzahl der Aminosäuren des Polypeptids. 1. A method for producing an ink for 3D printing, wherein a polypeptide is added to a solvent, characterized in that the polypeptide is one based on human collagen having a hydroxyproline content of maximum 5%, based on the total number of amino acids of the polypeptide. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Polypeptid einen Anteil an Hydroxyprolin von maximal 4%, vorzugsweise maximal 3%, aufweist, bezogen auf die Gesamtanzahl der Aminosäuren des Polypeptids. 2. The method according to claim 1, wherein the polypeptide has a hydroxyproline content of maximum 4%, preferably maximum 3%, based on the total number of amino acids of the polypeptide. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Polypeptid mit mindestens einer vernetzbaren Gruppe funktionalisiert ist. 3. The method of claim 1 or 2, wherein the polypeptide is functionalized with at least one crosslinkable group. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die vernetzbare Gruppe eine photovernetzbare Gruppe ist. 4. A process according to any one of claims 1 to 3, wherein the crosslinkable group is a photocrosslinkable group. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Polypeptid eines ist, das in einer wässrigen Lösung bei Konzentrationen von 10 Gewichtsprozent pro Volumen (% w/v) bei Temperaturen von 18 °C und mehr im flüssigen Zustand vorliegt. 5. A method according to any one of claims 1 to 4, wherein the polypeptide is one which is in the liquid state in an aqueous solution at concentrations of 10 weight percent per volume (% w/v) at temperatures of 18°C and above. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Polypeptid ein Molekulargewicht im Bereich von 20 bis 200 Dalton aufweist. 6. The method of any one of claims 1 to 5, wherein the polypeptide has a molecular weight in the range of 20 to 200 Daltons. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Tinte biologische Zellen enthält. 7. The method of any one of claims 1 to 6, wherein the ink contains biological cells. 8. Tinte für den 3D-Druck mit einem Polypeptid auf Basis von menschlichem Kollagen, das einen Anteil an Hydroxyprolin von maximal 5% aufweist, bezogen auf die Gesamtanzahl der Aminosäuren des Polypeptids. 8. Ink for 3D printing containing a human collagen-based polypeptide containing a maximum of 5% hydroxyproline based on the total number of amino acids of the polypeptide. 9. Tinte nach Anspruch 8, erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7. 9. Ink according to claim 8, obtainable by a process according to one of the Claims 1 to 7. 10. Tinte nach Anspruch 8 oder 9 zur Verwendung in der Medizin. 10. Ink according to claim 8 or 9 for use in medicine. 11 . Verfahren zur Herstellung eines 3D-Gerüsts unter Verwendung einer Tinte gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Polypeptid mittels eines 3D- Druckverfahrens ausgehärtet wird. 11. A method for producing a 3D scaffold using an ink according to any one of claims 8 to 10, wherein the polypeptide is cured by means of a 3D printing process. 12. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei das Polypeptid mit mindestens einer vernetzbaren Gruppe funktionalisiert ist. 12. The method of claim 11, wherein the polypeptide is functionalized with at least one crosslinkable group. 13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei in dem 3D-Druckverfahren lichtbasierte Formgebung, vorzugsweise durch lichtinduzierte chemische Reaktion, verwendet wird. 13. The method according to claim 11 or 12, wherein the 3D printing process uses light-based shaping, preferably by light-induced chemical reaction. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Tinte biologische Zellen enthält. 14. The method of any one of claims 11 to 13, wherein the ink contains biological cells. 15. 3D-Gerüst, das vernetzte Polypeptide aufweist, wobei die Polypeptide Polypeptide auf Basis von menschlichem Kollagen sind, die jeweils einen Anteil an Hydroxyprolin von maximal 5% aufweisen, bezogen auf die Gesamtanzahl der Aminosäuren des jeweiligen Polypeptids. 15. A 3D scaffold comprising cross-linked polypeptides, wherein the polypeptides are human collagen-based polypeptides each containing a maximum of 5% hydroxyproline based on the total number of amino acids of the respective polypeptide. 16. 3D-Gerüst nach Anspruch 15, das zusätzlich biologische Zellen aufweist. 16. 3D scaffold according to claim 15, additionally comprising biological cells. 17. 3D-Gerüst nach Anspruch 15 oder 16, erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14. 17. 3D scaffold according to claim 15 or 16, obtainable by a process according to one of claims 11 to 14. 18. 3D-Gerüst nach einem der Ansprüche 15 bis 17 zur Verwendung in der Medizin. 18. 3D framework according to one of claims 15 to 17 for use in medicine.
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