Penn State bioprintet microRNA-Sphäroide für Knochenregeneration

Ein interdisziplinäres Team der Penn State hat Sphäroide, kleine Cluster lebender Zellen, im 3D-Druckverfahren hergestellt, die Knochengewebe nach schwerem Trauma oder Infektionen regenerieren können. Die am 18. August 2026 im Chemical Engineering Journal veröffentlichte Arbeit setzt microRNA-transfizierte Stammzellen und eine aspirationsgestützte Bioprinting-Technik ein, um Sphäroid-Cluster zu erzeugen. Diese fördern gleichzeitig die Knochenbildung und die Vaskularisierung, die für die Aufrechterhaltung dickerer Knochengewebe erforderlich ist.

Das Penn-State-Team unter Leitung von Daniel Hayes (Head of Biomedical Engineering) und Ibrahim Ozbolat (Chair in 3D Bioprinting and Regenerative Medicine) nutzte undifferenzierte Stammzellen und transfizierte diese mit zwei microRNA-Strängen: miR-148b zur Förderung des Knochenwachstums und miR-210 zur Förderung der Vaskularisierung. Die Zellen wurden zu Sphäroiden zusammengefügt und mithilfe des von Ozbolat entwickelten aspirationsgestützten Bioprintings präzise in ein Hydrogel-Gerüst eingebracht. In einigen Scaffolds befanden sich ausschließlich Sphäroide mit einem einzelnen microRNA-Strang, in anderen wurden beide Varianten in alternierendem Muster kombiniert. Die Scaffolds wurden anschließend 28 Tage kultiviert und für die Analyse genetischer Marker vorbereitet, gefolgt von einer sechswöchigen In-vivo-Studie an immundefizienten Mäusen mit Knochengewebedefekten.

Unbehandelte Mäuse zeigten nach sechs Wochen nur etwa 35 Prozent Regeneration des betroffenen Bereichs, während bei Mäusen mit einem sphäroidbestückten Kontroll-Scaffold 93 Prozent erreicht wurden. Die Kombination beider microRNA-Stränge lieferte die effektivste Knochenbildung und Vaskularisierung, mit einer höheren Expression des Blutgefäßmarkers CD31 im Vergleich zu untransfektierten und Einzelstrang-Gruppen. Das Team ordnete die Technologie als geeignet für den Wiederaufbau komplexer Gewebe bei Patientinnen und Patienten mit erheblichem Trauma oder Knochenverlust infolge von Krebs oder Infektionen ein, nicht jedoch für einfache Knochenbrüche.

Das kommerzielle Signal ist ein sich ausweitender Markt für 3D-Bioprinting und regenerative Medizin, in dem microRNA-transfizierte Sphäroide und aspirationsgestützte Druckverfahren komplexere, vaskularisierte Gewebekonstrukte ermöglichen. In Verbindung mit angrenzenden Entwicklungen wie der magnetisch gesteuerten Gefäßausrichtung am MIT beschleunigt sich der Weg hin zu implantierbaren regenerativen Therapien. Zu erwarten ist, dass Stryker, Medtronic, DePuy Synthes (J&J), Zimmer Biomet, Cellink (BICO Group), 3D Systems und Aspect Biosystems die Entwicklung aufmerksam verfolgen werden.

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