Ausgabe 203

ÖSTERREICH JOURNAL NR.

ÖSTERREICH JOURNAL NR. 203 / 04. 07. 2022 Wissenschaft & Technik Mikrogerüste – ein neuer Ansatz für Tissue Engineering 150 Bisher gab es zwei ganz unterschiedliche Ansätze, Gewebe künstlich herzustellen. An der TU Wien entwickelte man nun einen dritten, mit dem man die Vorteile beider Varianten verbindet. Es ist ein Wunschtraum der Medizin: Wenn man aus Stammzellen künstliches Gewebe in beliebiger Form herstellen könnte, dann ließen sich Verletzungen mit körpereigenen Zellen heilen, eines Tages könnte man vielleicht sogar künstliche Organe herstellen. Allerdings ist es schwierig, Zellen auf die gewünschte Weise in die gewünschte Form zu bringen. Die Methoden, die es bisher dafür gab, lassen sich in zwei grundverschiedene Kategorien einteilen: Entweder man erzeugt zunächst kleine Gewebebausteine, etwa runde Zellagglomerate oder flache Zellblätter, und fügt sie dann zusammen, oder man baut anfangs ein feines, poröses Ge - rüst (auch „Scaffold“ genannt), das man dann mit Zellen kultiviert. Beide Ansätze haben Vor- und Nachteile. An der TU Wien hat man nun einen dritten Weg entwickelt: Mit einer speziellen, la - serbasierten 3D-Druck-Technik können Mi - kro-Gerüste mit einem Durchmesser von weniger als ein Drittel Millimeter hergestellt werden, die sehr schnell tausende von Zellen aufnehmen können. So ist von Anfang an eine hohe Zelldichte vorhanden, man hat aber trotzdem die Möglichkeit, die Form und die mechanischen Eigenschaften der Struktur flexibel anzupassen. „Die Scaffold-basierten Ansätze, die man bisher entwickelt hat, haben große Vorteile: Wenn man zunächst ein poröses Gerüst herstellt, kann man seine mechanischen Eigenschaften genau festlegen“, sagt Olivier Guillaume, Erstautor der aktuellen Studie, der an der TU Wien im Team von Prof. Aleksandr Ovsianikov am Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie forscht. „Das Gerüst kann je nach Bedarf weich oder hart sein, es besteht aus bioverträglichen Materialien, die im Körper wieder abgebaut werden. Sie können sogar gezielt mit Biomolekülen versehen werden, die die Gewebebildung fördern.“ Der Nachteil ist allerdings, daß es schwie - rig ist, ein solches Gerüst mit Zellen schnell und vollständig zu besiedeln. Hier ist heute noch viel händische Arbeit nötig, auch wenn © TU Wien Mikroskopaufnahme eines Mikro-Scaffolds bereits an automatisierten Prozessen ge - forscht wird. Vor allem bei großen Gerüsten dauert es lange, bis die Zellen ins Innere der Struktur hineingewandert sind, oft bleibt die Zelldichte sehr gering und die Verteilung ungleichmäßig. Ganz anders ist die Ausgangslage, wenn man auf ein solches Gerüst verzichtet. Man kann auch einfach kleine Zellagglomerate züchten, die man dann in der gewünschten Form aneinanderfügt, sodaß sie schließlich miteinander verwachsen. Bei dieser Technik ist die Zelldichte von Anfang an hoch, aber man hat kaum Möglichkeiten, steuernd in den Prozeß einzugreifen. So kann es etwa passieren, daß die Zellkügelchen ihre Größe oder ihre Form ändern und das Gewebe dadurch am Ende andere Eigenschaften hat als ge - wünscht. „Uns ist es nun gelungen, die Vorteile beider Ansätze miteinander zu verbinden – und zwar mit einer extrem hochauflösenden 3D-Druck-Methode, an der wir hier an der TU Wien schon seit Jahren forschen“, sagt Prof. Aleksandr Ovsianikov. Bei dieser Technik, der Zwei-Photonen- Polymerisation, verwendet man ein licht emp - findliches Material, das mit einem Laserstrahl genau dort ausgehärtet wird, wo man das möchte. So lassen sich Strukturen mit einer Genauigkeit im Bereich von weniger als einem Mikrometer herstellen. »Österreich Journal« – https://kiosk.oesterreichjournal.at Mit dieser Laser-Methode erzeugt man nun filigrane, hochporöse Mikro-Gerüste, mit einem Durchmesser von knapp einem Drittel Millimeter. Das Design dieser Mikrogerüste ermöglicht eine schnelle Erzeugung von Zellagglomeraten im Inneren. Gleichzeitig werden die Zellen vor äußerer mechanischer Beschädigung geschützt, ähnlich wie der Rallyefahrer durch einen Überrollkäfig des Rennwagens geschützt wird. „Diese zellgefüllten Gerüste sind relativ leicht zu handhaben und können miteinander verwachsen“, erklärt Oliver Kopinski-Grünwald, Co-Autor der aktuellen Studie, der ebenfalls im Team von Prof. Aleksandr Ovsianikov am Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie forscht. „Wenn viele dieser Einheiten zusammengebracht werden, kann man in kurzer Zeit große Gewebekonstrukte mit einer hohen Ausgangszelldichte herstellen. Trotzdem können wir die mechanischen Eigenschaften der Struktur gut kontrollieren.“ Das zugrunde liegende Konzept dieser neuartigen Tissue-Engineering-Strategie wur - de bereits 2018 ausführlich präsentiert. Nun gelang es erstmals zu zeigen, daß diese Me - thode tatsächlich funktioniert: „Wir konnten zeigen, daß die Methode tatsächlich die Vorteile liefert, die wir uns erhofft haben“, sagt Aleksandr Ovsianikov. „Wir haben für unsere Experimente Stammzellen verwendet, die nach belieben dazu gebracht werden können, entweder Knorpel- oder Knochengewebe zu produzieren. Wir konnten zeigen, daß die Zel - len aus benachbarten Gerüst-Einheiten miteinander verwachsen und tatsächlich ein ge - meinsames Gewebe bilden. Dabei behält die Struktur ihre Form bei. In Zukunft könnten diese MikroGerüst-basierte Gewebe-Einheiten sogar injizierbar gemacht werden, um sie in der minimalinvasiven Chirurgie einzusetzen.“ Die Forschungsarbeit wurde im Rahmen des ERC-Forschungsprojekt THIRST durchgeführt (ERC Consolidator Grant agreement ID: 772464). n https://www.tuwien.at/

ÖSTERREICH JOURNAL NR. 203 / 04. 07. 2022 Unsere Sprache verändert sich ständig. WissenschafterInnen der Universität Wien fanden heraus, daß jene Lautmuster, die häufig in unserer Sprache vorkommen, über Jahrhunderte hinweg noch häufiger wurden. Der Grund dafür ist, daß häufige und daher prototypische Lautmuster von un - serem Gehirn leichter wahrgenommen und erlernt, und folglich noch häufiger benutzt werden. Die Erkenntnisse ihrer Studie veröffentlichten die Forschenden im Fachjournal Cognitive Linguistics. Sprachen aus früheren Zeiten und unsere heutigen Sprachen unterscheiden sich grundlegend, und zwar nicht nur in ihrem Vokabular und ihrer Grammatik, sondern auch in der Aussprache. Theresa Matzinger und Nikolaus Ritt vom Institut für Anglistik der Universität Wien untersuchten, welche Faktoren für diesen Wandel von Sprachlauten verantwortlich sind und was uns derartige Lautwandelphänomene über die allgemeinen Fähigkeiten unseres Gehirns sagen können. Wir bevorzugen in unserer Sprache jene Lautmuster, die häufig vorkommen Zum Beispiel wurde das englische Wort make („machen“) im frühen Mittelalter als „ma-ke“, also mit zwei Silben und einem kurzen „a“ ausgesprochen, während es im spä ten Mittelalter als „maak“, also mit einer Silbe und einem langen „a“ ausgesprochen wurde. Der Verlust der zweiten Silbe und die gleichzeitige Verlängerung des Vokals wie es beim Wort make passierte, kam bei vielen englischen Wörtern des Mittelalters vor. Doch wieso kam es dazu, daß Vokale von Wörtern, die ihre zweite Silbe verloren und einsilbig wurden, länger ausgesprochen wurden? Um dies herauszufinden, analysierten Matzinger und Ritt mehr als 40.000 Wörter aus englischen Texten des frühen Mittelalters. Die WissenschafterInnen bestimmten die Länge der Vokale dieser Wörter, unter an - derem, indem sie Wörterbücher zu Hilfe nahmen oder angrenzende Laute berücksichtigten. Danach zählten sie, wie häufig Wörter mit langen und kurzen Vokalen waren. Wissenschaft & Technik Wie unser Gehirn die Veränderung von Sprache beeinflußt Lautwandelphänomene im Mittelalter geben Aufschluß über die Wahrnehmung von Sprache Foto: Pixabay Dabei fanden sie heraus, daß die Mehrheit der einsilbigen Wörter des Mittelalters lange Vokale hatten und nur eine Minderheit kurze Vokale. „Wenn SprecherInnen einsilbige Wör - ter mit einem kurzen Vokal aussprachen, klangen diese Wörter ,eigenartig‘ und wurden von ZuhörerInnen nicht so gut oder nicht so schnell erkannt oder erlernt, weil sie nicht in das gewohnte Lautmuster paßten. Wörter, die zu den häufig vorkommenden Lautmustern mit langem Vokal paßten, konnten hingegen leichter vom Gehirn verarbeitet werden“, erklärt Matzinger, die derzeit als Gastforscherin an der Universität Toruń (Polen) arbeitet. Sprachwandel funktioniert wie ein Stille-Post-Spiel Diese leichtere Wahrnehmbarkeit und Er - lernbarkeit von einsilbigen Wörtern mit langen Vokalen führten über Jahrhunderte hinweg dazu, daß immer mehr einsilbige Wörter lange Vokale bekamen. „Man kann sich Sprachwandel wie ein Stille-Post-Spiel vorstellen“, sagt Matzinger. „Eine Generation von SprecherInnen spricht eine bestimmte »Österreich Journal« – https://kiosk.oesterreichjournal.at 151 Sprachvariante. Deren Kinder nehmen Mu - ster, die in der Sprache der Elterngeneration häufig vorkommen, besser wahr, lernen sie daher schneller und benutzen sie daher noch häufiger. Diese zweite Generation gibt an ihre eigenen Kinder daher eine leicht veränderte Sprache weiter.“ Wir erkennen diesen langsamen Sprachwandel auch daran, daß unsere Großeltern, wir selbst und unsere Kinder leicht unterschiedlich sprechen. Wenn dieser Prozeß je - doch über Jahrhunderte hinweg abläuft, entstehen Sprachvarianten, die so unterschiedlich sind, daß man sie kaum mehr verstehen kann. „In unserer Studie konnten wir zeigen, daß die allgemeine Fähigkeit unseres Ge - hirns, häufige Dinge bevorzugt wahrzunehmen und zu erlernen, ein wichtiger Faktor ist, der bestimmt, wie sich Sprachen verändern“, faßt Matzinger zusammen. Ein nächster Schritt in der Forschung ist, diese Häufigkeiten von sprachlichen Mustern auch bei anderen Sprachwandelphänomenen oder in anderen Sprachen als Englisch zu untersuchen. n https://www.univie.ac.at/