MABMolekulare Aufarbeitung von Bioprodukten

3D Printing and Process Analytical Technology (PAT)

Für eine sichere industrielle Anwendung des Bioprintings müssen aussagekräftige und robuste Analysemethoden entwickelt werden. Um den Druckprozess erst verstehen und dann kontrollieren zu können, ist es wichtig, die pre-printing Phase, den eigentlichen Druckprozess und die post-printing Phase zu untersuchen. Ein besonderes Augenmerk unserer aktuellen Forschung liegt auf der Entwicklung einer Analytik für den Druckprozess mittels bildbasierter Methoden. Bei der 2,5D und 3D Bildauswertung werden die gedruckten Objekte hinsichtlich der Geometrie bzw. der experimentellen Genauigkeit im Vergleich zum Design untersucht. Diese Methoden können zur Evaluierung der Verdruckbarkeit von Biotinten, zur Beurteilung des Einflusses verschiedener Herstellungs- und Prozessparameter und als ein vielversprechendes Tool für die Druckprozessentwicklung eingesetzt werden.

Literatur
2018
Gretzinger, S.; Beckert, N.; Gleadall, A.; Lee-Thedieck, C.; Hubbuch, J. (2018). 3D bioprinting – Flow cytometry as analytical strategy for 3D cell structures. Bioprinting, 11, e00023. doi:10.1016/j.BPRINT.2018.e00023

Hydrogels and Scaffolds

Hydrogele sind gelartige bis feste Materialien, die zum Großteil aus Wasser bestehen und deren räumliche Struktur durch die chemischen oder physikalischen Wechselwirkungen eines Polymernetzwerks aufrecht erhalten wird. Die Anwendung von Hydrogelen ist in der Biotechnologie weit verbreitet, sie dienen als Stützstruktur (Scaffold) für zelluläres Wachstum im Bereich des Tissue Engineerings sowie für die Immobilisation von Enzymen im Bereich der Biotransformation. Auch eine Nutzung von stimuli-responsiven Gelen als Sensoren und die Nutzung von protein-basierten Hydrogelen als sogenanntes Soft Material sind aktuell Gegenstand von Forschungsprojekten. All diese Anwendungen haben gemeinsam, dass zunächst neuartige Materialen entwickelt, charakterisiert und im Hinblick auf ihre Verarbeitbarkeit für den 3D-Druck optimiert werden müssen.

Literatur
2020
Wenger, L.; Radtke, C. P.; Göpper, J.; Wörner, M.; Hubbuch, J. (2020). 3D-Printable and Enzymatically Active Composite Materials Based on Hydrogel-Filled High Internal Phase Emulsions. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 8, Art. Nr.: 713. doi:10.3389/fbioe.2020.00713
2019
Peng, M.; Mittmann, E.; Wenger, L.; Hubbuch, J.; Engqvist, M. K. M.; Niemeyer, C. M.; Rabe, K. S. (2019). 3D‐Printed Phenacrylate Decarboxylase Flow Reactors for the Chemoenzymatic Synthesis of 4‐Hydroxystilbene. Chemistry - a European journal, 25 (70), 15998–16001. doi:10.1002/chem.201904206
2018
Maier, M.; Radtke, C. P.; Hubbuch, J.; Niemeyer, C. M.; Rabe, K. S. (2018). On-Demand Production of Flow-Reactor Cartridges by 3D Printing of Thermostable Enzymes. Angewandte Chemie / International edition, 57 (19), 5539–5543. doi:10.1002/anie.201711072
Radtke, C. P.; Hillebrandt, N.; Hubbuch, J. (2018). The Biomaker : An entry-level bioprinting device for biotechnological applications. Journal of chemical technology & biotechnology, 93 (3), 792–799. doi:10.1002/jctb.5429

Bioprinting mit lebenden Zellen

Bioprinting ist eine Methode für die Herstellung von Gewebe-ähnliche Strukturen (Scaffolds) in 3D, die in der pharmazeutischen und medizinischen Forschung Anwendung finden. Damit eine Translation dieser artifiziellen Gewebe von der Forschung in Richtung industrieller Produktion sowie medizinischen Einsatz erfolgen kann, müssen Schlüsselprobleme aus der Biologie (z.B. Vaskularisation), der Materiaforschung und der Prozessentwicklung gelöst werden. Ein Focus unserer Arbeitsgruppe im Bereich Prozessentwicklung ist das Cell Handling. Dies umfasst die Bereitstellung des Zellmaterials, das Einbringen dieses Materials in sogenannten Biotinten sowie ihre Verarbeitung. Des Weiteren beschäftigen wir uns mit der Etablierung geeigneter Methoden zur Zell-Charakterisierung von gedruckten Strukturen.

Literatur
2019
Gretzinger, S.; Limbrunner, S.; Hubbuch, J. (2019). Automated image processing as an analytical tool in cell cryopreservation for bioprocess development. Bioprocess and biosystems engineering, 42 (5), 665–675. doi:10.1007/s00449-019-02071-3
2018
Gretzinger, S.; Beckert, N.; Gleadall, A.; Lee-Thedieck, C.; Hubbuch, J. (2018). 3D bioprinting – Flow cytometry as analytical strategy for 3D cell structures. Bioprinting, 11, e00023. doi:10.1016/j.BPRINT.2018.e00023
Zimmermann, S.; Gretzinger, S.; Zimmermann, P. K.; Bogsnes, A.; Hansson, M.; Hubbuch, J. (2018). Cell Separation in Aqueous Two-Phase Systems − Influence of Polymer Molecular Weight and Tie-Line Length on the Resolution of Five Model Cell Lines. Biotechnology journal, 13 (2), Art. Nr.: 1700250. doi:10.1002/biot.201700250
2017
Zimmermann, S.; Scheeder, C.; Zimmermann, P. K.; Bogsnes, A.; Hansson, M.; Staby, A.; Hubbuch, J. (2017). High-throughput downstream process development for cell-based products using aqueous two-phase systems (ATPS) – A case study. Biotechnology journal, 12 (2), 1600587. doi:10.1002/biot.201600587
2016
Zimmermann, S.; Gretzinger, S.; Scheeder, C.; Schwab, M.-L.; Oelmeier, S. A.; Osberghaus, A.; Gottwald, E.; Hubbuch, J. (2016). High-throughput cell quantification assays for use in cell purification development - enabling technologies for cell production. Biotechnology journal, 11 (5), 676–686. doi:10.1002/biot.201500577