Lebendige Tinte Forscher drucken mit Bakterien - in 3D

Forscher haben eine Lösung entwickelt, mit der Bakterien für den 3D-Druck verwendet werden können. Für die "Bakterientinte" sind viele Einsatzmöglichkeiten denkbar.

Manuel Schaffner/ Patrick A. Rühs

Bakterien bilden Biofilme, die sie in feindlicher Umgebung schützen. Diese Eigenschaft machten sich Schweizer Forscher zunutze. Sie entwickelten ein Hydrogel, in dem Bakterien sich vermehren und das in einem 3D-Druckverfahren seine Form behält.

Die Einzeller können auf diese Weise an exakt bestimmbaren Orten Schadstoffe abbauen oder medizinisch nutzbare Gewebe herstellen. Die Gruppe um André Studart von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich schildert ihr Vorgehen im Fachmagazin "Science Advances".

Das Vorbild für die funktionale lebendige Tinte ("Flink" - functional living ink) stammt von den Bakterien selbst: "Bakterien erzeugen zum Beispiel physikalische Materie in Form von Biofilmen, die auch in feindlichen Umgebungen das Überleben sichern", schreiben die Forscher.

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"Lebendige Tinte": 3D-Druck mit Bakterien

Sie wollten eine Substanz entwickeln, in der Bakterien überleben und sich vermehren können und die steif genug ist, um nach dem Druck mit dem 3D-Drucker die vorgesehene Form zu bewahren. Sie fanden die richtige Formel, indem sie ein Bakterium-Nährmedium mit geringen Mengen Siliziumdioxid, Hyaluronsäure und sogenanntem Kappa-Carrageen zu jeweils gleichen Teilen mixten.

Um die Möglichkeiten ihrer "Bakterientinte" zu demonstrieren, betteten Studart und Kollegen zunächst Bakterien der Art Pseudomonas putida in das Hydrogel ein. Diese Einzeller können das Umweltgift Phenol zu ungiftiger Biomasse abbauen. Die Forscher druckten ein Gitter und legten es in ein phenolhaltiges Medium.

Nach 130 Stunden im Brutschrank war das Phenol abgebaut. Als die Wissenschaftler das Gitter reinigten und erneut in ein Phenolmedium legten, dauerte der Abbau derselben Menge Phenol nur noch 24 Stunden. Diese Effizienzsteigerung führen die Forscher auf die Vermehrung der Bakterien im Hydrogel zurück.

Gesichtsmaske aus Zellulose

In einem weiteren Versuch verwendete das Team um Studart Bakterien der Art Acetobacter xylinum, die biokompatible Zellulose herstellen können. Sie trugen lebendige Tinte mit dieser Bakterienart auf das Gesicht einer Puppe auf.

Die Einzeller produzierten daraufhin ein Zellulosegewebe, das genau der Gesichtsform angepasst war. Nach dem Auswaschen aller Hydrogel- und Bakterienreste blieb die Zellulose übrig, die in der Medizin beispielsweise als Hautersatz oder zur Einhüllung transplantierter Organe Verwendung findet.

Die Zelluloseherstellung durch Acetobacter xylinum ist auf vorhandenen Sauerstoff angewiesen. Deshalb funktioniert sie am besten bei sehr flachen Tintenschichten, die an die Luft grenzen.

Vitaminherstellung und Photosynthese möglich

Doch auch für den Fall, dass dies nicht möglich sein sollte, haben die Forscher eine Idee: "Alternativ kann die Herstellung von größeren Zellulosestücken in Betracht gezogen werden, wenn die Immobilisierung von Acetobacter xylinum kombiniert wird, zum Beispiel mit dem Einsatz von Sauerstoffproduzierenden Cyanobakterien im Hydrogel."

Laut den Forschern können in das Hydrogel auch Bakterien eingebunden werden, die Vitamine herstellen oder Photosynthese betreiben. Indem sie die Hyaluronsäure durch sogenannte Glycidylmethacrylat-Hyaluronsäure ersetzten, erreichten sie eine Vernetzung der Moleküle im Hydrogel durch ultraviolettes Licht und damit eine Aushärtung.

Das Fazit der Forscher: "Wir stellen uns vor, dass diese vielseitige Bakterien-Druckplattform für die additive Herstellung einer neuen Generation biologisch erzeugter Funktionsmaterialien verwendet werden kann."

Stefan Parsch, dpa/brt



insgesamt 3 Beiträge
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phboerker 04.12.2017
1. epochaler Ansatz
Ich halte das für eine epochale Entwicklung! Man stelle sich nur vor, was mit entsprechenden Techniken und Stammzellen möglich sein wird. Wirklich brillant!
ulrichkliegis 04.12.2017
2. Vor rund 30 Jahren
Bei einem Kongreß für computergestützte Orthopädische Chirurgie in Bern berichtete ca. Mitte der 80er Jahre ein amerikanischer Wissenschaftler von seinen Experimenten, mit Hilfe eines über die Oberfläche eines Nährbodens gezielt gesteuerten Laserstrahls mikrobiologische Prozesse durch gezielte Energiezufuhr lokal definiert zu aktivieren. Man sieht, gute Erfindungen werden regelmäßig wiederholt. Und was heute als neu gilt, war es schon vor langer Zeit mal...
dr_jp 05.12.2017
3. Teilweise nicht schlecht
Für eine Nachbildung von 3D-Hautschichten ist diese Methode sicher sehr gut geeignet. Für den Phenolabbau braucht man nur das Bakterium in Zellkulturmedium bzw. bei der Herstellung von Vitaminen etc. pp. sehe ich hier keine Vorteile im Vergleich zur üblichen etablierten Zellkultur.
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