Algen verbessern 3D-Druck von Zellen: Bioprinting

Algen zählen durch ihre Fähigkeit, Kohlendioxid mithilfe von Lichtenergie stofflich nutzbar zu machen, zu einem der wichtigsten nachhaltig produzierbaren Rohstoffe der Zukunft. Algenbiomasse ist daher interessant, unter anderem für die Lebensmittel-, Pharma-, Chemie- und Kosmetikindustrie. Felix Krujatz, Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Fakultät Maschinenwesen der TU Dresden, hat in seiner Doktorarbeit weltweit erstmals Algen gemeinsam mit humanen Zellen gedruckt und damit eine neue Methode des Bioprinting entwickelt.

Obwohl Bioprinting in der regenerativen Medizin bereits eine erprobte Technologie ist, haben 3D-gedruckte künstliche Gewebestrukturen bisher das Problem, dass die Zellen aufgrund von Sauerstoffmangel in ihrer Funktion beeinträchtigt sind oder sogar absterben. Die Nutzung von Algen als natürlichem Sauerstofflieferanten könnte dieses Problem lösen und die Erfolgsaussichten regenerativer Therapien entscheidend verbessern. Für das 3D-Drucken von lebenden Algenzellen prägten Krujatz und seine Kollegen vom Zentrum für Translationale Knochen-, Gelenk- und Weichgewebsforschung der TU Dresden den Begriff des „Green Bioprinting“. Diese Methode wird an der TU Dresden für medizinische und biotechnologische Anwendungen weiterentwickelt.

Algen brauchen jedoch für die Photosynthese Lichtenergie. Zur Kultivierung und Erforschung von Algen in Bioreaktoren wurden bisher nur punktuelle Lichtquellen eingesetzt. Der von Krujatz entwickelte so genannte Micr-OLED-Photobioreaktor kann durch den Einsatz von organischen Lichtquellen (OLEDs) eine flächige Beleuchtung realisieren. Das für die Photosynthese der Algen erforderliche Licht kann dadurch gezielt gesteuert werden. Damit werden neue Untersuchungs- und Kultivierungsmethoden im Bereich der Bioverfahrenstechnik möglich.

„Die Algenbiotechnologie hat das Potenzial, ein wichtiges Puzzleteil in der Etablierung einer nachhaltig wirtschaftenden Bioökonomie zu werden. Ich bin froh, dass meine Arbeit ein gutes Beispiel dafür ist, wie interdisziplinäre Arbeit zwischen Ingenieuren, Naturwissenschaftlern und Medizinern gewinnbringend eingesetzt werden kann“, fasst Krujatz seine Arbeit zusammen.

Für seine Doktorarbeit „Entwicklung und Evaluierung neuer Bioreaktorkonzepte für phototrophe Mikroorganismen“ erhielt er nun den Nachwuchsförderpreis der Sächsischen Akademie der Wissenschaften zu Leipzig.