Für den Laien ist es nach wie vor kaum nachvollziehbar: Mit bewährten Verfahren wie dem Laserdruck kann man auch menschliche Haut oder Knorpelgewebe „drucken”. Seit mehr als zehn Jahren stehen entsprechende Produkte zur Verfügung. Sie zeigen gute klinische Ergebnisse, aber nach wie vor gibt es Hürden bei der Standardisierung der Herstellungsprozesse und der reproduzierbaren Qualität. Außerdem stellt das Upscaling, also die möglichst kostengünstige Produktion in größerem Maßstab, eine große Herausforderung dar.

Automatisierung beim 4D-Druck von menschlicher Haut

Die Gründe dafür nennt Fabien Guillemot, CEO und wissenschaftlicher Leiter des französischen Startup-Unternehmens Poietis: „Bei dieser ersten Produktgeneration hängt die Qualität von sehr vielen Variablen ab – auch von menschlichen Faktoren. Deshalb haben wir mit der Next Generation Bioprinting-Plattform – kurz NGB – eine Methodik entwickelt, die das Verfahren vereinfacht und auch weniger Personal erfordert. Damit werden wir den Forschern mehr Freiheit bei der Auswahl von Biomaterialien und Hydrogelen sowie zusätzliche Möglichkeiten bei der Forschung und Entwicklung von künstlicher Haut bieten – und die Kosten des Verfahrens senken.“ Das heißt: Auch hier, genau wie in der Industrie, ist die Automatisierung mit Robotik eine Schlüsseltechnologie zur Steigerung von Qualität und Effizienz.

Inspiriert von Industrie 4.0

Diese neue Plattform ist stark von den Prinzipien der Industrie 4.0 inspiriert. Sie integriert Automatisierungs- und Robotertechnologien, empfängt über zahlreichen Sensoren Signale in Echtzeit und verarbeitet Daten mit Künstlicher Intelligenz. Außerdem umfasst die Plattform alle derzeit möglichen Bioprinting-Techniken (lasergestütztes Bioprinting, Bioextrusion, Bioprinting mit Mikroventilen). Dabei nutzt sie vier Technologien mit einer Auflösung auf der Ebene einzelner Zellen: CAD, automatisiertes und robotergestütztes Bioprinting, Inline-Kontrolle und Modellierung der Gewebebildung.

Schon Ende 2017 begann Poietis mit der Entwicklung der automatisierten Plattform für das Bio-Printing und entschied sich für den Einsatz eines Stäubli Sechsachsroboters vom Typ TX2-40 in der Stericlean-Version. Diese Robotervariante wurde dezidiert für medizinische und pharmazeutische Anwendungen entwickelt und ist deshalb vollständig reinig- und sterilisierbar.

Transport von einem Druckkopf zum anderen per Roboter

Welche Aufgabe übernimmt der TX2-40? Das Gewebe wird in einem hermetisch isolierten Arbeitsraum auf einer Zellkulturplatte hergestellt. Verschiedene Druckköpfe drucken jeweils die Zellen und die anderen Materialien, die ebenfalls Teil des Gewebes sind. Der Roboter bewegt das herzustellende Gewebe von einem Druckkopf zum anderen und passt sich dabei an die verschiedenen in die Plattform integrierten Bioprinting-Modi (Laser und Extrusion) an.