Tissue Engineering Scaffolds sind Strukturen aus künstlichen oder natürlichen Substanzen, die als Form dienen, auf der Zellen wachsen können. Das Gerüst kann inert sein und nicht mit den darauf wachsenden Zellen interagieren, oder es kann das Wachstum der Zellen aktiv unterstützen, indem es chemische Signale freisetzt. Solche Gerüste sind nützlich, um zu helfen, verlorenes menschliches Gewebe wieder aufzubauen oder zu ersetzen.
Die Grundlage des Tissue Engineering ist die Laborherstellung neuer Zellen und biologischer Strukturen, um verloren gegangene oder funktionsgestörte Gewebe und Organe zu ersetzen. Um dies zu tun, benötigen Gewebeingenieure eine Form – oder ein Gerüst –, auf der die Zellen wachsen können, da im Labor gezüchtete Zellen von selbst keine Formen bilden; Stattdessen breiten sie sich in einer zweidimensionalen Form aus. Die Gerüste sind so konzipiert, dass sie die Anheftung und das Wachstum von Zellen in einer bestimmten vorbestimmten Form fördern.
Gerüste können aus verschiedenen Stoffen hergestellt werden. Dazu gehören Kunststoffe, Seidenproteine, Calciumphosphatkeramiken und sogar natürliche Polymere wie Kollagen. Im Jahr 2010 experimentierte ein spanisches Forschungskrankenhaus mit menschlichen Herzen, die Spendern entnommen und von allen Zellen befreit wurden, wobei die Kollagenstruktur zurückblieb. Ziel war es, einem Patienten, der eine Herztransplantation benötigt, Zellen zu entnehmen und die Zellen auf dem Kollagengerüst wachsen zu lassen, wodurch ein neues Herz entsteht, das das Immunsystem nicht als fremd angreift.
Ein Tissue-Engineering-Gerüst muss porös sein. Poren ermöglichen es den Zellen, sich zu verbinden und aneinander zu haften. Idealerweise sollte das Gerüst auch Chemikalien freisetzen, die die Zellmigration, Zelladhäsion und Differenzierung in spezialisierte Zellen fördern. Ein weiterer Vorteil einiger Tissue-Engineering-Gerüste besteht darin, dass sie biologisch abbaubar sind, also zerfallen, sobald sich die Zellen in die gewünschte Form gebracht haben.
Ein Hauptproblem bei einigen Tissue-Engineering-Gerüsten besteht darin, dass Zellen zum Wachstum Sauerstoff und Nährstoffe benötigen. Die Zellen können teilweise in die Poren des Gerüsts einwandern. Wenn die Zellen jedoch beginnen, zu tief in die Poren einzudringen, erhalten sie nicht genügend Nährstoffe oder Sauerstoff, da die oberen Zellschichten die Bewegung der Nährstoffe und des Sauerstoffs in die unteren Schichten blockieren. Eine Innovation, ein sogenanntes Solid Freeform (SFF)-Gerüst, umgeht dieses Problem, da es mit künstlichen Blutgefäßen ausgestattet ist, die diese Nährstoffe um die Struktur herum transportieren und Abfallprodukte entfernen. Im Jahr 2011 wurde an SFF-Gerüsten für Tissue Engineering experimentiert, um das künstliche Blutgefäßsystem zu perfektionieren, damit große komplexe Organe hergestellt werden können.
Wissenschaftler haben bereits Haut hergestellt, indem sie Hautzellen von Patienten auf eine Kollagenstruktur aussäen. Die Haut ist eine zweidimensionale Struktur, daher hat das Problem der Sauerstoff- und Nährstoffdiffusion die Entwicklung nicht aufgehalten. Diese Haut wird bei der Behandlung mit Hauttransplantaten verwendet.