Biofilme aus dem 3D-Drucker

Berlin -

Bakterielle Infektionen können zu massiven Komplikationen führen. Vor allem solche Erreger, die sich mit einem Biofilm vor wirksamen Behandlungsmethoden schützen, gelten als gefährlich. Einem Team des Helmholtz-Instituts für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS) ist es nun gelungen, solche Biofilme mit dem 3D-Drucker herzustellen, um sie besser erforschen zu können.

Rund 500.000 Menschen sterben nach Angaben des HIPS jährlich an Infektionen, die mit Biofilmen assoziiert sind. Damit stellen sie ein großes Gesundheitsproblem dar. Mithilfe des sogenannten „Bioprintings“ konnten Wissenschaftler:innen nun Biofilme erschaffen, die im Labor auf Lungenzellen aufgebracht werden können. So können Infektionsprozesse besser erforscht werden.

Besondere Tinte macht 3D-Druck möglich

Labormodelle zur Darstellung vonBiofilm-assoziierten Infektionen sind sehr komplex. Das Team des HIPS hat mithilfe eines speziellen 3D-Drucks die bakteriellen Zellen inklusive ihres Biofilms auf Lungenepithelzellen aufgebracht. Zugrunde liegt eine besondere Tinte mit speziellen Eigenschaften. „Die Entwicklung eines Biofilm-Infektionsmodells ist nicht trivial, da das schnelle Wachstum der Bakterien und die Freisetzung von Toxinen leicht zu einem vorzeitigen Absterben der Lungenzellen führen kann. Dementsprechend erfordert die Aufrechterhaltung des Biofilms in einem solchen System eine sehr kontrollierte Umgebung“, erklärt Claus-Michael Lehr, Leiter der Abteilung Wirkstofftransport über Biologische Barrierenam HIPS und Professor für Biopharmazie und Pharmazeutische Technologie an der Universität des Saarlandes.

„Wir haben unsere 3D-gedruckten Biofilme so optimiert, dass sie einem nativen Biofilm sehr nah kommen. Eine große Herausforderung war, dass die künstlichen Biofilme nach dem Abwaschen der überschüssigen Biotinte ihre Form erhalten und keinen toxischen Effekt auf die darunterliegenden Lungenzellen haben. Beides hat mit dem entwickelten Modell zu ermutigenden Ergebnissen geführt.“

3D-Biofilme lassen gute Rückschlüsse zu

Das Modell scheint sich gut zur Erforschung von Antibiotika zu eignen: Die gedruckten Biofilme führten zu einem ähnlichen Schutz der Bakterien vor einer Behandlung mit Antibiotika wie native Biofilme. So konnte die Empfindlichkeit der Bakterien im Biofilm gegenüber klinisch verwendeten Antibiotika untersucht werden. „Unsere Methode kann nun für die Analyse gleich mehrerer Aspekte einer Biofilm-assoziierten Infektion verwendet werden, einschließlich Morphologie, Antibiotikaempfindlichkeit oder Änderungen im Stoffwechsel“, erklärt Samy Aliyazdi, Doktorand in der Abteilung von Claus-Michael Lehr und Erstautor der Studie. „Mittels 3D-Bioprinting konnten wir ein robustes humanbasiertes in vitro-Modell generieren, das wir nun für die Entwicklung neuer Anti-Infektiva einsetzen wollen.“