Fettzellen in Form gebracht – neues schonendes Bioprinting-Verfahren für 3D-Fettgewebemodelle
Wie können empfindliche, lipidreiche Fettzellen präzise in dreidimensionale Gewebemodelle integriert werden, ohne ihre Funktion und Vitalität zu beeinträchtigen?
Diese Fragestellung stellt die Biofabrikation von Fettgewebe vor besondere Herausforderungen. Reife Adipozyten sind groß, schwimmen auf und sind äußerst empfindlich gegenüber mechanischen Belastungen. Dadurch lassen sie sich nur schwer in definierte dreidimensionale Strukturen einbringen. Gleichzeitig werden physiologisch relevante Fettgewebemodelle dringend benötigt, um Stoffwechselerkrankungen besser zu verstehen, neue Wirkstoffe zu testen und innovative Ansätze für die Gewebezüchtung zu entwickeln.
Forschende des IGVP, sowie ihrer Partnerinstitutionen haben nun einen neuen Bioprinting-Ansatz entwickelt, der die Herstellung definierter Fettgewebemodelle mit reifen Adipozyten ermöglicht. Hierfür wurde eine gellanbasierte Biotinte mit einem Agarose-Supportbad kombiniert. Das Supportbad stabilisiert die gedruckten Strukturen während des Druckprozesses und verhindert, dass das weiche, zellhaltige Material kollabiert oder sich verformt. Die entwickelte Strategie ermöglicht die Herstellung komplexer dreidimensionaler Geometrien bei gleichzeitig schonender Verarbeitung der empfindlichen Fettzellen.
Die Ergebnisse der Studie wurden in der Fachzeitschrift Engineering in Life Sciences veröffentlicht. Darin zeigen die Forschenden, dass das Supportbad-Bioprinting die Druckqualität und Formtreue im Vergleich zur konventionellen Extrusion deutlich verbessert. Gedruckte Gitterstrukturen und kuppelförmige 3D-Konstrukte wiesen nur geringe Abweichungen von den geplanten Geometrien auf und konnten reproduzierbar hergestellt werden.
Neben der strukturellen Qualität stand insbesondere die biologische Funktionalität der gedruckten Zellen im Fokus. Die Untersuchungen zeigten, dass die Adipozyten den Druckprozess gut überstanden und auch mehrere Tage nach dem Bioprinting eine hohe Vitalität aufwiesen. Zudem behielten sie ihre charakteristische unilokuläre Morphologie mit großen Lipidvakuolen bei und zeigten weiterhin eine aktive Stoffwechselfunktion. Dies konnte unter anderem durch die Freisetzung von Glycerol nach hormoneller Stimulation nachgewiesen werden. Ebenso blieb die Expression des Lipidtröpfchenmarkers Perilipin A erhalten, was auf eine intakte Zellstruktur und Fettzellfunktion hindeutet.
Die Studie liefert damit einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung realistischer 3D-Fettgewebemodelle. Der etablierte Bioprinting-Workflow bietet eine reproduzierbare und leicht zugängliche Plattform zur Herstellung physiologisch relevanter Fettgewebekonstrukte und eröffnet neue Möglichkeiten für die Erforschung von Adipositas, Stoffwechselerkrankungen und regenerativen Therapien. Darüber hinaus schafft die Arbeit eine Grundlage für zukünftige komplexe Gewebemodelle mit zusätzlichen Zelltypen und vaskularisierten Strukturen.