Ein interdisziplinäres Team der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) hat in Zusammenarbeit mit Forschenden der Harvard Medical School und der University of Oxford ein neuartiges ultraleichtes 3D-Material entwickelt, das menschlichen Gehirnzellen ein realistisches dreidimensionales Wachstum und Vernetzung ermöglicht. Die sogenannten Aerohydrogels sollen die Neuroforschung und das Gewebeengineering voranbringen.

Herkömmliche 3D-Zellkulturen sind oft entweder zu starr oder zu instabil, um die komplexen Interaktionen von Nervenzellen, Astrozyten und Mikroglia authentisch abzubilden. Die neuen Aerohydrogels bestehen aus einem hohlfaserigen Hydrogel-Gerüst, das auf Basis tetrapodaler Zinkoxid-Kristalle (t-ZnO) hergestellt wird. Nach Bildung eines vernetzten 3D-Skeletts erfolgt eine hauchdünne Beschichtung mittels initiierter chemischer Gasphasenabscheidung (iCVD), bevor das Zinkoxid entfernt wird. Es bleibt ein extrem leichtes, poröses Hydrogel-Rahmenwerk zurück, das mechanisch anpassbar ist und Nähr- sowie Signalstoffe frei diffundieren lässt.

Im Vergleich zu konventionellen 3D-Gerüsten zeichnen sich die Aerohydrogels durch hohe Langzeitstabilität aus. Porengröße, mechanische Steifigkeit und Oberflächenchemie lassen sich unabhängig voneinander variieren und gezielt an unterschiedliche Gewebetypen anpassen – vom weichen Gehirngewebe bis hin zu festerem Herzgewebe.

Die Kieler Forschenden testeten das Material mit menschlichen Astrozyten und Mikroglia. In Co-Kulturen zeigten die Zellen eine differenzierte Reaktion auf entzündungsfördernde Stimuli wie Lipopolysaccharid (LPS). Mikroglia milderten in Gegenwart von Astrozyten bestimmte Entzündungsreaktionen ab – ein Effekt, der auf funktionierende Zellkommunikation über das Gerüst hinweist, auch ohne direkten Zellkontakt. Solche Interaktionen sind in 2D- oder herkömmlichen 3D-Kulturen nur eingeschränkt darstellbar.

Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Chem & Bio Engineering“ veröffentlicht. Die verwendete iCVD-Technologie wird bereits vom Kieler Startup conformally genutzt, das von beteiligten Wissenschaftlern gegründet wurde und die Gerüste künftig kommerziell anbieten will.

Die Aerohydrogels eröffnen nach Einschätzung der Forschenden neue Möglichkeiten, neuronale Prozesse, Zellkommunikation und Entzündungsreaktionen unter physiologischeren Bedingungen zu untersuchen. Langfristig könnten sie zur modellhaften Nachbildung von Gewebe im Labor beitragen und damit helfen, Tierversuche in der Grundlagenforschung und bei der Entwicklung neuer Therapien zu verringern.

Original Paper:

Torge Hartig et al. (2026): „3D Aerohydrogel Scaffolds for Brain Tissue Engineering and In Vitro Neuroscience“, Chem. & Bio. Eng., ASAP, DOI: 10.1021/cbe.5c00104

Redaktion: X-Press Journalistenbüro GbR

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