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Fragestellung: Mesenchymale Stammzellen (MSCs) repräsentieren eine attraktive Zellquelle für das Tissue Engineering von Knochengewebe. Neuartige Zelldrucktechnologien haben das Potenzial das Tissue Engineering Konzept zu verbessern, da hierbei 3-dimensionale Ersatzgewebe gedruckt werden können mit einer bis dahin nicht erreichten räumlichen Kontrolle der Anordnung der Zellen innerhalb der Konstrukte. In dieser Studie wurden unterschiedliche kommerziell erhältliche Hydrogele getestet in Bezug auf ihre rheologischen Eigenschaften und ihrer Biokompatibilität gegenüber MSCs, mit dem Ziel ein geeignetes Hydrogel für das Inkjet-basierte Bioprinting von MSCs zu identifizieren.

Methoden: Die Hydrogele Matrigel, Fibrin, Kollagen, Gelatine, Gelatine/Alginat und unterschiedliche Hydroxylapatit (HA)-Kollagen- bzw. Fibrin-Mischungen wurden in jeweils unterschiedlichen Konzentrationen getestet in Bezug auf die Unterstützung der Vitalität der MSCs mittels eines Live/Dead-Assays und in Bezug auf die Proliferation mittels eines MTS-Assays. Die rheologischen Eigenschaften der Hydrogele wurden bestimmt mit einem MCR 52 Rotations- Rheometer. Die osteogene Differenzierungsfähigkeit der MSCs wurde untersucht mittels Bestimmung der alkalischen Phosphataseaktivität.

Ergebnisse: Gelatine/Alginat-Hydrogele waren für die Kultivierung von MSCs nicht geeignet, da die Zelladhäsion auf diesen Hydrogelen beeinträchtigt war. Matrigel, Fibrin, Kollagen und Gelatine zeigten keine Zytotoxizität gegenüber MSCs und waren mit Ausnahme von Gelatine auch in der Lage die Proliferation der MSCs zu unterstützen. In weiterführenden Experimenten wurden die Effekte der Zugabe von Hydroxylapatit (HA) in Kollagen- und Fibrin-Gele untersucht. Es zeigte sich hierbei, dass die Zugabe von HA eine verbesserte Proliferation und osteogene Differenzierung der MSCs bewirkt. Zudem verhinderte die HA-Zugabe die Degradation von Fibrin in vitro. In einem Inkjet-basierten Druckexperiment konnte gezeigt werden, dass Kollagen bzw. Fibrin und die entsprechenden HA-Mischungen sehr gut druckbar sind und die Überlebensrate der MSCs bei über 80% liegt.

Schlussfolgerung: Kollagen bzw. Fibrin und die entsprechenden HA-Mischungen repräsentieren exzellente Hydrogele für das Inkjet-basierte Bioprinting von MSCs.