Die Bioprinting-Software: Trends und Beispiele in den USA, Deutschland und Österreich

Der erste 3D-Drucker wurde Anfang der 1980er Jahre in Japan erfunden, als Hideo Kodama einen neuen Herstellungsansatz entwickelte, bei dem er lichtempfindliches Harz Schicht für Schicht auftrug und es dann mit UV-Licht polymerisierte. Seitdem hat der 3D-Druck die Fertigung verändert, indem er neue Wege für Anpassung und Innovation eröffnet und sie gleichzeitig flexibler und kosteneffizienter gemacht hat. Und jetzt ist das Gesundheitswesen an der Reihe.

Bioprinting, eine spezialisierte Anwendung der Bioprinting-Technologie, hat das Potenzial, die Medizin zu revolutionieren – denken Sie an schnellere medizinische Forschung, beschleunigte Arzneimittelentwicklung, personalisierte Behandlung sowie den geringeren Bedarf an Organtransplantationen.

Was ist 3D-Biodruck?

Bioprinting ist ein Prozess zur Erstellung von 3D-Strukturen von lebenden Geweben und Organen durch schichtweise Ablagerung von lebenden Zellen, Proteinen und Biomaterialien. Dazu werden spezielle Bioprinter eingesetzt, die komplexe biologische Strukturen mit hoher Präzision und Genauigkeit herstellen können. Bioprinting erfolgt in drei Phasen:

Natürlich ist kundenspezifische Software für das Gesundheitswesen eine entscheidende Komponente des Bioprinting-Ökosystems, da sie jeden Schritt des Bioprinting-Prozesses unterstützt – von der Analyse und Umwandlung medizinischer Bilddaten in 3D-Modelle bis zur Bewertung der gedruckten Strukturen. Basierend auf der Funktionalität innerhalb des Prozesses kann Bioprinting-Software in mehrere Kategorien eingeteilt werden:

Bildverarbeitungssoftware zur Umwandlung medizinischer Bildgebungsdaten wie MRT- oder CT-Scans in 3D-Modelle, die als Grundlage für biogedruckte Konstrukte verwendet werden können;
Software für computergestütztes Design (CAD) zum Erstellen und Modifizieren von 3D-Modellen biologischer Strukturen;
G-Code-Generierungssoftware, auch Slicer genannt, die das 3D-Modell in dünne Schichten (Slices) aufteilt und die Werkzeugwege für die Bewegungen des Bioprinters generiert;
Bioprinter-Steuerungssoftware, die den eigentlichen Bioprinting-Prozess verwaltet und den Extrusionsprozess und die Parameter des Bioprinters basierend auf den G-Code-Anweisungen steuert;
Simulation und Modellierung, die verwendet werden, um das Verhalten des biogedruckten Konstrukts unter verschiedenen Bedingungen oder bei Integration in den Wirtsorganismus vorherzusagen;
Bioink-Entwicklungssoftware zum Design von Bioinks und zur Optimierung ihrer Eigenschaften, einschließlich rheologischem Verhalten, Vernetzung und Biokompatibilität.
Marktübersicht

Angetrieben durch die wachsenden Investitionen in F&E-Aktivitäten, technologische Fortschritte und den verstärkten Fokus auf personalisierte Medizin boomt der Markt für Bioprinting-Software. Laut Market Research Future soll es bis 2030 5,1 Milliarden US-Dollar erreichen, was einer Wachstumsrate von 15,4 % von 2022 bis 2030 entspricht.

Der Markt ist auch geografisch vielfältig, mit bedeutenden Beiträgen aus Nordamerika, Europa und den asiatisch-pazifischen Regionen.

Vereinigte Staaten

In Nordamerika sind die Vereinigten Staaten die prominenteste Kraft. Bedeutende Investitionen in die Weiterentwicklung des 3D-Biodrucks, eine hohe Akzeptanzrate bahnbrechender Innovationen und die Präsenz wichtiger Marktteilnehmer tragen zum beträchtlichen Anteil der USA an der Branche bei.

Wie auf der Karte unten zu sehen ist, befinden sich Bioprinting-Unternehmen hauptsächlich in West- und Ostküstenstaaten wie Kalifornien, Massachusetts, New York, New Jersey und Maryland.

Organovo ist ein Pionier in der Biodruckindustrie. Die Bioprinting-Software des Unternehmens, NovoGen, arbeitet in Verbindung mit der Bioprinting-Hardware, um die Erstellung von 3D-Gewebe zu ermöglichen. Die Software hilft Forschern, komplexe Gewebestrukturen zu entwerfen und zu drucken, indem sie die Platzierung mehrerer Zelltypen auf präzise und kontrollierte Weise steuert. Die NovoGen-Software ermöglicht es Benutzern auch, den Druckprozess zu optimieren, indem sie Parameter wie Zelldichte, Schichtdicke und Druckgeschwindigkeit anpassen.

Allevi, früher bekannt als BioBots, ist ein weiteres in den USA ansässiges Unternehmen, das sich auf Bioprinting-Plattformen spezialisiert hat, zu denen Bioprinter, Bioinks und Software gehören. Ihre Allevi Bioprint Software ermöglicht es Forschern, 3D-Gewebestrukturen unter Verwendung mehrerer Zelltypen und Materialien auf kontrollierte Weise zu entwerfen und anzupassen. Es bietet auch Funktionen wie die Echtzeitsteuerung des Bioprinting-Prozesses und die Kompatibilität mit verschiedenen Bildgebungsmodalitäten wie der Fluoreszenzmikroskopie.

TeVido BioDevices ist ein Biotechnologieunternehmen, das sich auf die Entwicklung innovativer 3D-Drucklösungen für die rekonstruktive Chirurgie konzentriert. Seine TruPigment™-Lösung zielt darauf ab, eine personalisierte Vitiligo-Behandlung über Hautzelltransplantationen bereitzustellen. Der Prozess beinhaltet die Entnahme einer kleinen Hautbiopsie des Patienten, die Isolierung der gesunden Melanozyten und deren anschließende Expansion im Labor. Diese Melanozyten werden dann in eine Zellsuspension gegeben, die später auf einen depigmentierten Bereich aufgetragen wird, wodurch möglicherweise die natürliche Pigmentierung und das Aussehen der Haut wiederhergestellt werden.

Brinter ist ein bahnbrechendes Bioprinting-Unternehmen, das fortschrittliche Bioprinting-Lösungen für Biowissenschaften, Pharmazeutika und regenerative Medizin herstellt. Ihre innovative modulare Multi-Material-Bioprinting-Plattform kombiniert Präzision, Vielseitigkeit und Benutzerfreundlichkeit. Das System verfügt über mehrere Druckköpfe und anpassbare Extrusionsmethoden, wodurch es für eine Vielzahl von Biotinten und Biomaterialien geeignet ist. Im vergangenen Jahr hat Brinter den weltweit ersten Multi-Material-Multifluid-Bioprinting-Druckkopf auf den Markt gebracht, der eine Gewebezüchtung mit höherer Präzision ermöglicht.

Obwohl CELLINK in Schweden gegründet wurde, hat es seine Tätigkeit auf den US-Markt ausgeweitet, wo es jetzt eine sehr starke Präsenz hat. Das Unternehmen bietet eine Reihe von Bioprintern an, darunter die Serien BIO X, BIO X6 und Inkredible. Zusätzlich zur Hardware bietet CELLINK Bioprinting-Softwarelösungen an, die den Bioprinting-Prozess erleichtern. DNA Studio 4 Vault, das neueste Mitglied der Familie, ist die branchenführende Software-Bioprinting-Lösung, die unter Berücksichtigung der regulatorischen Anforderungen neu entwickelt wurde. Die Lösung zielt darauf ab, den gesamten Arbeitsablauf von der Modellgenerierung bis zum Drucken von Aufzeichnungen zu rationalisieren, um den Anforderungen von Forschern mit unterschiedlichen Erfahrungsstufen gerecht zu werden.

Deutschland

Der europäische Markt für Bioprinting-Software wächst schnell und wird bis 2027 voraussichtlich beachtliche 649,91 Millionen US-Dollar erreichen. Und Deutschland spielt dabei aufgrund seiner starken Fokussierung auf F&E-Aktivitäten im biomedizinischen und biotechnologischen Bereich eine herausragende Rolle. Darüber hinaus gibt es in Deutschland zahlreiche Forschungseinrichtungen, Universitäten und Unternehmen, die sich mit dem 3D-Bioprinting befassen, was zur Nachfrage nach Bioprinting-Software beiträgt.

Hier sind einige der wichtigsten Unternehmen für Bioprinting-Software in Deutschland.

Cellbricks ist ein hochmodernes Biotech-Unternehmen, das Pionierarbeit in den Bereichen synthetische Biologie und 3D-Bioprinting-Dienstleistungen leistet. Die Mission des Unternehmens besteht darin, menschliches Gewebe in großem Maßstab zu replizieren, um Ärzten und Forschern dabei zu helfen, bessere klinische Ergebnisse zu erzielen. Cellbrick besitzt den kompletten Tech-Stack aus proprietärer Bioprinting-Hardware, -Software und verfahrenstechnischem Know-how. Seine Software ermöglicht es Benutzern, detaillierte 3D-Modelle der gewünschten Gewebe zu erstellen, die geeigneten Biotinten und Druckparameter auszuwählen und den Druckprozess in Echtzeit zu überwachen.

MEDPRIN (kurz für Medical Printing) ist ein weiteres Biotech-Unternehmen, das mit mehr als 200 autorisierten Patenten und über 300 Patentanmeldungen auf der ganzen Welt die Grenzen des Biodrucks erweitert. Das Unternehmen machte sich mit seinem ersten Produkt, ReDura®, einer hochwertigen Dura-Mater-(Kamm-)Membran, die sich eng an die eigenen Zellen des Patienten anpasst, einen Namen.

Black Drop Biodrucker bietet seinen Kunden hochmoderne Bioprinting-Hardware und -Software sowie hochgradig biofunktionelle Biotinten. Sein SuperFill Bioprinter wird mit Steuersoftware und einem unverwechselbaren Slicer geliefert, mit dem Benutzer STL-Daten in Tropfenkoordinaten umwandeln können. Mit benutzerfreundlichen Standardeinstellungen können selbst Bioprinting-Neulinge ihre Projekte problemlos starten, während erfahrene Benutzer von überlegenen Anpassungseinstellungen profitieren können.

Der Hauptfokus von INNOTERE liegt auf dem Design und 3D-Druck von Gerüsten in einer Reihe von Formen unter Verwendung seiner proprietären Knochenzementpastentechnologie. Aufgrund der einzigartigen 3D-Drucktechnologie und der charakteristischen Eigenschaften der Paste können Anwender die Abmessungen und Porosität der Endprodukte präzise anpassen, die in einer Vielzahl von Anwendungen weiterverwendet werden – von einfachen 2D-Konstrukten für biochemische Vorstudien bis hin zu komplexen Gerüsten für in vivo Studien.

Österreich

Obwohl Österreich nicht viele Bioprinting-Softwareunternehmen vorweisen kann, gibt es einige Biotech-Startups und Forschungseinrichtungen, die an Bioprinting-Projekten beteiligt sind.

Die Technologie von UpNano basiert auf dem Zwei-Photonen-Polymerisationsprozess (2PP), der die Erstellung hochdetaillierter und präziser 3D-Strukturen im Meso- und Nanobereich ermöglicht. Ihr NanoOne Bio 3D-Biodrucksystem nutzt die proprietäre, benutzerfreundliche Software THINK3D, um Benutzer durch den gesamten Druckprozess zu führen. THINK3D unterstützt die Erstellung kundenspezifischer CAD-Objekte und vordefinierter Grundstrukturen sowie den Import von STL-Dateien, Echtzeit-Datenverarbeitung und 3D-Vorschau.

Die TU Wien forscht im Bereich Bioprinting mit besonderem Fokus auf die Entwicklung neuartiger Bioinks, Bioprinting-Verfahren und Tissue Engineering. Den Forschern der TU Wien ist es gelungen, mit völlig neuen Materialien ein hochauflösendes Bioprinting-Verfahren zu entwickeln, das es ermöglicht, Zellen in eine mikrometergenau gedruckte 3D-Matrix einzubetten.

Zusammenfassend

Es ist klar, dass der Bioprinting-Markt ein schnelles Wachstum erlebt, wobei die USA und Deutschland an der Spitze der Innovation stehen. Key Player in diesen Regionen geben mit ihren bahnbrechenden Softwarelösungen das Tempo vor und ermöglichen präzisere und effizientere Bioprinting-Prozesse. Und je ausgereifter die Technologie wird, desto positivere Ergebnisse werden in Bereichen wie der pharmazeutischen Forschung, der Gewebezüchtung und der personalisierten Medizin erzielt.

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