Biofabrikation und Drug Delivery (MWT-M3/10/11-BioMat-BioFab)5 ECTS
(englische Bezeichnung: Advanced Applications II: Biofabrication and Drug Delivery)
(Prüfungsordnungsmodul: Advanced applications: Biofabrication and Drug Delivery)

Lehrveranstaltungen:

• • Biofabrikation
    (Vorlesung, 2 SWS, Rainer Detsch et al., Mo, 10:15 - 11:45, SemR-USS)
  • Praktikum "Biofabrication and Drug Delivery"
    (Praktikum, Gerhard Frank et al., Zeit und Raum n.V.)

Inhalt:

Vorlesung Biofabrikation

• Anwendungsfelder Additive Fertigung- Grundprinzip

• Aufbau und Funktionsweise eines 3D Druckers

• Unterschiedliche Systeme des 3D Druckens

• Anforderungen an Biotinten

• Eigenschaften synthetischer und natürlicher Biotinten

• Synthese und Vernetzungsmechanismen von Hydrogelen

• mechanische und chemische Charakterisierung der Biotinte

• Zell-Drucken und Zell-Reifung

• Verschiedene Anwendungen der Biofabrikation: Organ on a Chip und Gewebeanaloga

Praktikum "Drug Delivery Systeme": Experimentelle Arbeiten zur Vertiefung der Vorlesungsinhalt Hydrogele
Prakikum "3D Drucken": Experimentelle Arbeiten zur Vertiefung der Vorlesungsinhalt Additive Fertigung von Biopolymeren: 3D Extrusionsdrucken von Polycaprolacton und Alginat

Content:
Lecture Biofabrication

• Application fields Additive Manufacturing- basic principle

• Setup and operating principle of 3D printer

• Different systems of 3D printing

• Requirements for bioinks

• Properties of synthetic and natural bioinks

• Synthesis and cross-linking of hydrogels

• Mechanical and chemical characterisation of bioinks

• Cell-printing and cell-maturation

• Different applications of biofabricaation: Organ on a Chip and tissue analogs
  

Practical "Drug Delivery Systems": Experimental work to consolidate the content oft he lecture course hydrogels
Practical "3D Printing": Experimental work to consolidate the content of the lecture course Additive Manufacturing of Biopolymers: 3D Extrusion printing of Polycaprolacton and Alginate

Lernziele und Kompetenzen:

Biofabrikation
Die Studierenden

• erfassen die Wichtigkeit verschiedener Konzepte im Bereich der Biofabrikation.

• lernen physikalische/chemische Grundlagen von Hydrogelen, Zellen-Gewebe und 3D Drucken.

• versehen der Interaktion von Biotinte, 3D Drucken und Zellen

• verstehen der Mechanismen der 3D Generierung: Organ on a Chip bis hin zu Gewebeanaloga

Praktikum Drug-Delivery-Systeme
Die Studierenden

• verstehen die Bedeutung von Polymeren Werkstoffen für die Biofabrikation

Praktikum 3D-Drucken
Die Studierenden

• lernen das sterile Arbeiten, Pipettieren und Mikroskopieren.

• verstehen die Freisetzungskinetik von Drug-Delivery-Systemen.

• haben einen Überblick über Methoden der Herstellung und –Charakterisierung von Mikrokapseln im Hinblick auf die biomedizinische Anwendung.

Educational goals and competences:
Biofabrication
The students

• grasp the importance of the different concepts in the area of biofabrication.

• learn physical/chemical fundamentals on hydrogels, cells-tissues and 3D printing.

• understand the interaction between bioinks, 3D printing and cells

• understand the mechanisms of 3D generation: from Organ on a Chip to tissue analogs
  

Practical Drug-Delivery-Systems
The students

• understand the importance of polymeric materials for biofabrication processes
  

Practical 3D-Printing
The students

• learn to work in sterile conditions, using a pipette and microscope.

• understand the release kinetics of drug-delivery-systems.

• get an overview on fabrication and characterisation methods of microcapsules in regards of biomedical applications.

Literatur:

Biofabrikation/Biofabrication

• Moroni, L., et al. (2018). “Biofabrication: A Guide to Technology and Terminology.” Trends in Biotechnology.

• Groll, J., et al. (2018). “A definition of bioinks and their distinction from biomaterial inks.” Biofabrication, 11(1)

• Valot, L., Martinez, J., Mehdi, A., and Subra, G. (2019). “Chemical insights into bioinks for 3D printing.” Chemical Society Reviews, 48(15), 4049–4086.

• Yi, H.-G., Lee, H., and Cho, D.-W. (2017). “3D Printing of Organs-On-Chips.” Bioengineering, 4(4), 10.

Drug-Delivery-Systeme/Drug-Delivery-Systems

• Augst, A. D., Kong, H. J., and Mooney, D. J. (2006). “Alginate hydrogels as biomaterials.” Macromolecular bioscience, 6(8), 623–633.

• Smidsrød O, Skjåk-Braek G. (1990) “Alginate as immobilization matrix for cells”. Trends Biotechnol.;8(3):71-8.

• Productinformation: Bradford Reagent, Prod.No. B6916, Sigma

3D Drucken/3D Printing

• Liaw, C. Y., and Guvendiren, M. (2017). “Current and emerging applications of 3D printing in medicine.” Biofabrication.

• Chia, H. N., and Wu, B. M. (2015). “Recent advances in 3D printing of biomaterials.” Journal of Biological Engineering, 9(1), 4.
  

Organisatorisches:

Hinweise zum Praktikum

• Verbindliche Zulassungsvoraussetzung zum Praktikum sind die Teilnahme an der Sicherheitsbelehrung, an der Vorbesprechung sowie die Akzeptanz der COVID19-Regelungen der FAU und des ausrichtenden Lehrstuhls.

• Verbindliche Teilnahmevoraussetzung für jeden Praktikumsversuch ist die erfolgreiche Erledigung des Vorprotokolls (Antestat).

• Voraussetzung für das Bestehen des Praktikums ist, dass alle Versuche sowie alle Vor- und Nachprotokolle erfolgreich absolviert wurden (vollständige Testatkarte mit Nachweis für Vorprotokoll [Antestat], Versuchsdurchführung und Nachprotokoll [Abtestat] für jeden Versuch).

• Der Termin der Vorbesprechung, der Sicherheitsbelehrung und Hinweise zur deren Durchführung (z.B. ZOOM link) werden rechtzeitig per Mail an die im Praktikum angemeldeten Teilnehmer bekannt gegeben und in StudOn hinterlegt.

• Letzter Abgabetermin der vollständig ausgefüllten Testatkarte bzw. alle Versuche auf StudOn als vollständig bestanden eingetragen ist Freitag der ersten Vorlesungswoche des auf das Praktikum folgenden Semesters.
  

Notice for the practical

• Compulsory admission requirement for the practical are the attendance of the safety induction, the preliminary meeting as well as the acceptance of the COVID19-regulations of FAU and the host institute.

• Mandatory participation requirement for each practical experiment is the successful completion of the preliminary protocol (antestat).

• Prerequisite for passing the practical is that all experiments as well as pre- and post protocols have been successfully completed (complete certificated with verification for preliminary protocol [antestat], experimental procedure and complete protocol [abtestat] for each experiment).

• The appointment for the preliminary meeting, the safety induction, and hints for the procedure (e.g. Zoom link) are sent per E-Mail to all students who have registered for the practical and are also noted on StudON.

• The final submission date of the fully completed certification card (Testatkarte) or when all experiments have to be entered on StudOn as complete is the Friday of the first week of lectures of the following semester.

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:

1. Nanotechnologie (Master of Science)
   (Po-Vers. 2020w | TechFak | Nanotechnologie (Master of Science) | Gesamtkonto | Kernfächer | Biomaterialien | Advanced applications: Biofabrication and Drug Delivery)
2. Nanotechnologie (Master of Science)
   (Po-Vers. 2020w | TechFak | Nanotechnologie (Master of Science) | Gesamtkonto | 1. und 2. Naturwissenschaftlich-technisches Wahlmodul | Advanced applications: Biofabrication and Drug Delivery)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Advanced applications: Biofabrication and Drug Delivery (Prüfungsnummer: 62651)

Prüfungsleistung, Klausur, Dauer (in Minuten): 45, benotet, 5 ECTS

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

weitere Erläuterungen:
Praktikumsversuche sind Prüfungsstoff in der Modulprüfung. Fragen zu Versuchsanleitungen, Ergebnissen, Auswertung und Diskussion der einzelnen Experimente sind in der jeweiligen Prüfung möglich, diese Themen gehören zum Prüfungsumfang.

Prüfungssprache: Deutsch

Erstablegung: WS 2022/2023, 1. Wdh.: SS 2023

1. Prüfer:

Aldo R. Boccaccini