3D-bioprinter maakt in enkele minuten lichaamsdelen na met levende cellen

Een nieuwe 3D-bioprinter van de Universiteit Utrecht en het UMC Utrecht kan in slechts enkele minuten een deel van het menselijk lichaam met levende cellen namaken. Met de 3D-printer kunnen artsen onder meer modellen van lichaamsdelen van een patiënt maken. Hiermee kunnen zij geneesmiddelen buiten het lichaam testen. Riccardo Levato, onderzoeker aan de Universiteit Utrecht en het UMC Utrecht, ontvangt een ERC-grant voor de ontwikkeling van de bioprinter.

Al langer kunnen sommige 3D-printers overweg met lichaamsvriendelijke, flexibele materialen die levende cellen bevatten. Veel 3D-printers bouwen een object echter laag-voor-laag wordt geprint. Dit is een tijdrovend proces, waarbij de overlevingskans van de cellen sterk daalt.

Volumetrisch bioprinten

Onderzoeker Biofabrication en Regeneratieve Geneeskunde Riccardo Levato kiest daarom voor een andere printtechniek: volumetrisch bioprinten. Bij deze techniek bouwt de 3D-printer een object niet op in laagjes, maar maakt gebruik van een draaiende container met vloeibaar gel. Deze gel stolt zodra hij in aanraking komt met laserlicht. Door de container vanaf verschillende hoeken met laserlicht te belichten ontstaat in de gel een driedimensionaal beeld. “Dat beeld, het lijkt op een hologram, wordt vrijwel meteen hard. Niet laagje voor laagje”, legt Levato uit. De printtechniek is daardoor aanzienlijk sneller, wat de overlevingskans van cellen vergroot.

Met behulp van de bioprinter kunnen de onderzoekers driedimensionele objecten printen. Als voorbeelden worden een hartklep, een stuk van een dijbeen of een meniscus genoemd. Ook is het mogelijk aan de gel lichaamseigen stamcellen toe te voegen, waarmee onderzoekers delen van een patiënt kunnen nabouwen. Dit maakt het mogelijk biologische processen buiten het lichaam te bestuderen. “Wij denken in eerste instantie aan individuele modellen, zodat we bij ziekte meer te weten kunnen komen over een specifieke patiënt”, aldus Levato.

‘Gamechanger’

Volgens de Universiteit Utrecht en het UMC Utrecht komen we met de techniek ‘een stap dichterbij om uiteindelijk hele organen te printen waardoor bijvoorbeeld nierdialyse overbodig wordt en patiënten niet meer afhankelijk zijn van donororganen’. Zij spreken van een ‘gamechanger’ op het gebied van medisch 3D-printen.

Levato krijgt van de European Research Council (ERC) een startsubsidie van 1,8 miljoen euro toegekend voor de ontwikkeling van nieuwe 3D-modellen om ziekten te bestuderen. Met behulp van de subsidie kan Levato een eigen onderzoeksgroep opstarten en benodigde apparatuur aanschaffen. “Dankzij de subsidie hopen we de techniek zo ver te hebben ontwikkeld dat een driedimensionaal model van een bot, inclusief beenmerg, uit de printer rolt. Wij willen het model zo natuurgetrouw mogelijk printen, inclusief beenmergcellen die witte en rode bloedcellen aanmaken”, zegt Levato. “Dat stelt ons in staat om bepaalde ziektes, zoals leukemieën, te bestuderen.”

Een dergelijk model helpt artsen te bepalen welke therapie het beste aansluit op een individuele patiënt. “Veel geneesmiddelen zijn kostbaar en hebben bijwerkingen. Met een accuraat model kun je zo’n behandeling testen voor je iemand eraan blootstelt.” Dankzij het model zijn ook minder dierproeven nodig bij het ontwikkelen en testen van geneesmiddelen.

Hoe complex moeten modellen zijn?

Nu het mogelijk is om individuele modellen te maken, is de vraag hoe complex die moeten zijn. Levato onderzoekt dit in samenwerking met collega’s. “Is ieder anatomisch detail van belang, of kunnen we het simplificeren? Zijn alle cellen in een botstructuur belangrijk om na te maken als we maar één aspect willen bestuderen? Dat zijn vragen waar we samen met onze biomedische collega’s over nadenken. Samen ontwikkelen we de techniek en bepalen we de kaders. Het is een multidisciplinair project, dat aansluit bij de biomedische expertise van de Universiteit Utrecht, het UMC Utrecht en het hele Utrecht Science Park.”

Auteur: Wouter Hoeffnagel
Foto: Pixabay / qimono