Im Bereich des Tissue Engineerings sind für die Kultivierung von 3D-Zellkulturen Perfusions-Bioreaktoren, welche Nährlösung und Sauerstoff über eine Pumpe zuführen, weit verbreitet. Existierende Systeme weisen aber häufig eine niedrige Parallelisierung und kaum Messtechnik sowie Regelbarkeit wichtiger Parameter wie Sauerstoff auf. Suboptimale Kultivierungsbedingungen sind die Folge. Dies gilt auch häufig für den Transport von größeren 3D-Zellkonstrukten.
Ziel des Vorhabens war die Entwicklung eines parallelisierten Mikrobioreaktor-Systems mit integrierter Messtechnik und individueller Sauerstoff-Regelung zur Optimierung von Kultivierungsbedingungen für 3D-Zellkonstrukte. Ebenso sollte im Design die Nutzung als transportables System berücksichtigt werden.
Die Mikrobioreaktoren wurden mit CAD konzipiert und mit 3D-Druck hergestellt. Die Sauerstoffregelung wurde basierend auf der Flussrate der Pumpe programmiert und das System mit vier parallelen Reaktoren aufgebaut. Dieses wurde in iterativen Zyklen für ein 3D-Zellkulturmodell, basierend auf einer Knochenmatrix, getestet und optimiert. So konnte erstmalig der Sauerstoffgehalt in 3D-Zellkonstrukten in vier Reaktoren unabhängig voneinander eingestellt und geregelt werden. Zusätzlich wurde eine automatisierte Besiedelungsmethode für adhärente 3D-Zellkulturen etabliert. Aufgrund der kompakten Bauweise wurde die Grundlage für ein transportables System gelegt.
Das Bioreaktorsystem erlaubt die gezielte Untersuchung von kritischen Parametern wie Sauerstoff und ermöglicht zudem automatisierte und reproduzierbare Experimente. Mögliche Anwendungen sind unter anderem die Grundlagen- und angewandte Forschung im Bereich des Tissue Engineerings und der regenerativen Medizin bis hin zur optimalen Herstellung von Gewebeersatz.
