NUS-Forscher drucken orale Weichgewebe-Transplantate mithilfe von KI in 3D

Nach Angaben der National University of Singapore (NUS) haben Forscher eine Methode zur Herstellung personalisierter Zahnfleischtransplantate durch die Kombination von 3D-Biodruck mit künstlicher Intelligenz (KI) entwickelt. Der Ansatz des Teams unter der Leitung von Assistenzprofessor Gopu Sriram von der zahnmedizinischen Fakultät der NUS bietet eine anpassbare, weniger invasive Alternative zur herkömmlichen Transplantation, bei der in der Regel Gewebe aus dem Mund des Patienten entnommen wird – eine Methode, die mit Unannehmlichkeiten und begrenzter Gewebeverfügbarkeit verbunden ist.

Die Technik ist eine Lösung für wichtige Herausforderungen bei zahnmedizinischen Eingriffen, z. B. bei Zahnfleischdefekten aufgrund von Parodontalerkrankungen oder Zahnimplantaten. Sie ermöglicht die präzise Herstellung von Gewebekonstruktionen, die auf den einzelnen Patienten zugeschnitten sind, was die Behandlungsergebnisse verbessert und Risiken wie Infektionen verringert. Die in Advanced Healthcare Materials veröffentlichten Ergebnisse wurden vom National Additive Manufacturing Innovation Cluster (NAMIC) und dem National University Health System (NUHS) unterstützt.

„Um den 3D-Bioprinting-Prozess zu beschleunigen, haben wir KI in unseren Arbeitsablauf integriert, um diesen kritischen Engpass zu beseitigen“, so Professor Dean Ho. Dadurch konnte die Anzahl der Experimente, die zur Optimierung der Bioprinting-Parameter erforderlich sind, von Tausenden auf nur 25 reduziert werden. Das Team entwickelte eine spezielle Biotinte, die das Zellwachstum unterstützt und gleichzeitig die Integrität der gedruckten Struktur erhält.

„Unsere Studie ist eine der ersten, die 3D-Bioprinting und KI-Technologien speziell für die Biofabrikation von maßgeschneiderten oralen Weichgewebekonstrukten integriert“, so Assistenzprofessor Sriram. Die entstandenen Zahnfleischtransplantate behielten nach dem Druck und einer 18-tägigen Kulturzeit eine Zellvitalität von über 90 % und wiesen starke biomimetische Eigenschaften und mehrschichtige Strukturen auf, die natürlichem Zahnfleischgewebe ähneln. Durch die Herstellung von Transplantaten, die genau auf die Wunden der Patienten abgestimmt sind, muss weniger Gewebe entnommen werden, so dass Verformungen und Spannungen beim Wundverschluss minimiert werden.

Die Auswirkungen der Forschung könnten sich über die Zahnmedizin hinaus auf andere Gewebe wie die Haut erstrecken und die narbenlose Heilung fördern. Künftige Arbeiten werden sich auf In-vivo-Studien konzentrieren, um die Integration von Transplantaten in der Mundhöhle zu bewerten und die Einbindung von Blutgefäßen in Konstrukte mittels Multimaterial-Bioprinting zu untersuchen. Das Team hofft, dass ihre Entwicklungen die regenerative Zahnmedizin und breitere Anwendungen des Tissue Engineering voranbringen werden.