Nieuw hydrogel brengt 3D-printen van organen dichterbij

Een nieuw soort hydrogel op basis van koud oplosbare gelatine brengt het 3D-printen van kunstmatige organen een stapje dichterbij. De nieuwe hydrogel maakt het printen van kunstmatige weefsels eenvoudiger en goedkoper. De onderzoekers achter deze nieuwe hydrogel hopen dat dit onderzoekers kan helpen bij het printen van kunstmatige organen.

Wereldwijd is er een tekort aan donororganen. Uit cijfers van de Nederlandse Transplantatie Stichting blijkt dat op 31 december 2016 1.071 mensen op de wachtlijst stonden voor een donororgaan. Hierbij zijn alleen patiënten meegerekend die op dat moment een operatie aankonden, wat ‘transplantabel’ wordt genoemd. Ter vergelijking: in hetzelfde jaar zijn in totaal 1.266 transplantaties uitgevoerd. 

Organen en weefsel 3D-printen

Al langer wordt geëxperimenteerd met het 3D-printen van kunstmatige organen, wat wordt gezien als een mogelijke oplossing voor het wereldwijde tekort aan organen voor orgaantransplantaties. Hierbij wordt gebruik gemaakt van ‘bio-inkt’, een materiaal op basis van biologische materialen dat met behulp van een speciaal soort 3D-printer geprint kan worden. Eén van deze biologische materialen is gelatine methacrylaat (gelatin methacrylate – GeIMA), een hydrogel op basis van levende cellen. 

“Een groot nadeel van conventionele hydrogel is zijn thermische instabiliteit. Zelfs kleine veranderingen in temperatuur kunnen significante veranderingen in de viscositeit of dikte van het materiaal veroorzaken”, aldus Dr. Keekyoung Kim, een onderzoeker van de School of Engineering op de Okanagan campus van de Amerikaanse Universiteit van British Columbia (UBC Okanagan). “Dit is een probleem voor veel bioproductiesystemen die op kamertemperatuur werken, uitsluitend compatibel zijn met een beperkte viscositeit van hydrogel en producten moeten genereren die zo uniform mogelijk zijn om hen correct te laten functioneren.”

Nieuwe soorten hydrogels

De onderzoekers hebben daarom een tweetal nieuwe soorten GeIMA-gebaseerde hydrogels ontwikkeld in een poging dit probleem aan te pakken. Het gaat om een GeIMA hydrogel op basis van gelatine gemaakt van huidcellen van koudwatervissen en een hydrogel op basis van koud oplosbare gelatine. Deze twee nieuwe hydrogels hebben de onderzoekers vergeleken met de bestaande hydrogel, die is gebaseerd op gelatine op basis van varkenshuid.

Vooral de op koud oplosbare gelatine gebaseerde hydrogel heeft veelbelovende resultaten opgeleverd. Deze hydrogel blijkt ingezet te kunnen worden voor het creëren van draagstructuren van gezond weefsel, waarop cellen met succes kunnen groeien en waarin cellen zich kunnen hechten. Daarnaast is het materiaal thermisch stabiel op kamertemperatuur, waardoor de viscositeit of dikte van het materiaal niet wordt beïnvloed door kleine temperatuurschommelingen. Ook heeft het team gedemonstreerd dat met behulp van de hydrogel op basis van koud oplosbare gelatine uniforme druppels gevormd kunnen worden bij kamertemperatuur. Dit maakt het printen van weefsel met dit materiaal een stuk eenvoudiger dan met conventionele hydrogel. 

Lagere kosten

Een ander belangrijk voordeel van koud oplosbare gelatine zijn de fors lagere kosten die hieraan verbonden zijn. Deze vorm van gelatine wordt primair gebruikt in de voedselindustrie en is drie keer goedkoper dan gelatine op basis van varkenshuid. Dit maakt het mogelijk de productiekosten van bio-inkt te verlagen.

“We hopen dat deze nieuwe bio-inkt onderzoekers zal helpen bij het creëren van kunstmatige organen en zal leiden tot de ontwikkeling van betere medicijnen, weefselmanipulatie en regeneratieve therapieën”, aldus Kim. “De volgende stap is het onderzoeken of koud oplosbare GeIMA-gebaseerde weefselstructuren op de lange termijn gebruikt kunnen worden in zowel laboratoria als transplantaties in de praktijk.”

Anderen doeleinden

Het produceren van kunstmatig weefsel is overigens niet de enige toepassing waarvoor 3D-printers in de medische sector kunnen worden ingezet. Zo zijn onderzoekers van de Universiteit van Florida er eerder dit jaar in geslaagd een 3D-printtechnologie te ontwikkelen waarmee medische implantaten en hulpstukken kunnen worden geprint. Deze productiemethode levert zowel sterkere, goedkopere, flexibelere als comfortabelere implantaten op dan traditionele productiemethoden. Meer informatie over deze techniek is hier te vinden.

Auteur: Wouter Hoeffnagel
Bron: UBC Okanagan
Bron: Nederlandse Transplantatie Stichting