Hydrogele werden aufgrund ihrer strukturellen Ähnlichkeit zur nativen Extrazellulärmatrix häufig zur Generierung von 3D-Gewebemodellen eingesetzt. Traditionelle Hydrogele sind jedoch meist statisch vernetzt und daher unflexibel – im Gegensatz zu natürlichem Gewebe.

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung selbstheilender Kollagen-basierter Hydrogele mit dynamischem Vernetzungsverhalten. Dazu werden kurze funktionalisierte Peptidsequenzen chemisch an Kollagen gekoppelt, um die Struktur des Hydrogels nach mechanischer Belastung autonom wiederherstellen zu können. So können zelluläre Prozesse wie Zellmigration, -proliferation und -differenzierung realistischer nachgebildet werden können. Die Ergebnisse dieser Arbeit sollen zur Entwicklung von selbstheilenden Biotinten für den 3D-Biodruck verwendet werden.

Engineered Living Materials (ELM) sind dynamische, selbst-organisierte und funktionale Materialien, die lebende Zellen integrieren, um auf Umweltreize zu reagieren und sich selbst zu regenerieren. Im Rahmen dieses Projekts sollen E. coli Bakterien in methacryliertes Collagen integriert werden, um stress- und mechano-adaptive Biomaterialien herstellen zu können.

Um die Bakterien in die dafür hergestellten Hydrogele integrieren und verdrucken zu können, muss ein Prozessfenster für methacryliertes Collagen (ColMA) bestimmt werden. Dabei sollen Parameter wie Hydrogel-Konzentration, Vernetzungsdauer und Verdruckbarkeit betrachtet werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit sollen zur Entwicklung verdruckbarer Bakterien-Hydrogel-Strukturen verwendet werden.

Chitosan ist ein vielversprechendes Biomaterial für den Einsatz im 3D-Biodruck, insbesondere aufgrund seiner Biokompatibilität, Bioabbaubarkeit und antibakteriellen Eigenschaften. Dennoch erfordert seine Anwendung eine detaillierte Charakterisierung hinsichtlich mechanischer, rheologischer und biologischer Eigenschaften, um eine optimale Verarbeitbarkeit und Zellverträglichkeit zu gewährleisten.

Ziel dieser Arbeit ist es, Chitosan hinsichtlich seiner physikochemischen und drucktechnischen Eigenschaften systematisch zu untersuchen. Dazu werden verschiedene Chitosan-Formulierungen analysiert, um deren Eignung für den 3D-Biodruck zu bewerten und potenzielle Optimierungsansätze abzuleiten. Die Ergebnisse dieser Arbeit sollen zur Weiterentwicklung maßgeschneiderter Bioinks beitragen und eine Grundlage für zukünftige Anwendungen in der Geweberegeneration und personalisierten Medizin schaffen.

Die Zwei-Photonen-Stereolithographie ermöglicht die hochpräzise Herstellung komplexer 3D-Strukturen im Mikrometerbereich. Durch den gezielten Einsatz externer Stimuli, wie beispielsweise Temperaturänderungen, können sich diese Strukturen nach dem Druck zeitabhängig verändern.

„Organs-on-a-chip“ als Modelle zur Untersuchung biologischer Prozesse auf mikrofluidischen Chips haben das Potenzial, Tierversuche in der klinischen Forschung zu ersetzen. So können beispielsweise Medikamententests an menschlichen Zellen durchgeführt werden, wodurch nicht nur die Problematik der Übertragbarkeit vom Tier auf den Menschen entfällt, sondern die Tests potenziell auch auf Tumorgewebe individueller Patienten zugeschnitten werden können.

Ziel dieser Arbeit ist die quantitative Charakterisierung der thermodynamischen Eigenschaften des Fluidsystems hinsichtlich Wärmeleitung, -senken und –quellen einer Labordruckmaschine mithilfe eines physikalischen Modells. Hierzu sollen zunächst ein theoretisches Modell für die vorhandene Konstruktion erstellt und anschließend mit realen Versuchsreihen kalibriert und validiert werden.

Die künstliche Züchtung von biologischen Geweben und Organen ist ein seit vielen Jahren verfolgtes Forschungsziel im Bereich der Regenerativen Medizin. Hierbei werden lebende Zellen aus Gewebespenden entnommen, vermehrt und mit sogenannten Gerüstmaterialien und biologischen Faktoren kombiniert. Diese sogenannte Biotinte kann anschließend 3D verdruckt werden, um eine vorgegebene Struktur zu bilden.

Im Rahmen des Projektes soll eine mit Kollagenfasern additivierte Biotinte verdruckt werden. Dies schließt die Integration von lebenden Zellen mit ein, z.B. Muskelzellen oder Nervenzellen. Das gedruckte Modell muss umfassend charakterisiert werden, bspw. Vitalität, Proliferation, Morphologie, Bildung von Muskelfaserbündeln bzw. Neuritenausbildung.