Universiteit Utrecht boekt doorbraak volumetrisch bioprinting
Is dit een stap naar het 3D printen van organen en weefsel?
Onderzoekers van de Universiteit Utrecht, meer precies die van het Regenerative Medicine Center Utrecht, hebben een doorbraak bereikt in volumetrisch 3d printen. Dit kadert in een aantal innovaties die op termijn moeten leiden tot het 3D bioprinting van levende cellen en weefsel.
De universiteit schrijft hierover op de eigen website. Het gaat om drie recente innovaties: volumetrisch bioprinting om snel cellen en weefsel te creëren; het innovatief gebruik van gel microdeeltjes en het combineren van bioprinting technieken om functionele bloedvaten te printen. De Nederlandse universiteit spreekt over bioprinting als een veelbelovende technologie die hopelijk ooit het tekort aan orgaandonoren oplost.
Bioprinting met een laser 3D-lichtreconstructie: complexe vormen van meerdere centimeters in een paar seconden geprint
Snelheid van volumetrisch 3D printen
Ondanks de vooruitgang die is geboekt, onder andere door de ontwikkeling van bio-inkten, is het trage opbouwproces van 3D printen nog steeds een belemmering voor bioprinting. Zodra je met levende cellen gaat werken, zullen de cellen waarschijnlijk sterven tijdens het langzame proces. Daarom hebben de onderzoekers volumetrisch printen als technologie gekozen. In dit proces wordt een ronddraaiende flacon met speciale gel blootgesteld aan laserlicht. Waar het laserlicht valt, stolt de lichtgevoelige gel snel. Dit betekent dat met een laser 3D-lichtreconstructie ingewikkelde vormen van meerdere centimeters in een paar seconden kunnen worden gemaakt.
Nadeel
Hoewel dit het probleem van snelheid en zwaartekracht oplost, heeft het ook nadelen, bijvoorbeeld dat het moeilijk te controleren is waar welke cel terecht komt. En omdat de gel hard is, is het moeilijk voor de cellen om te bewegen, zich uit te breiden en met elkaar te communiceren, wat essentieel is voor de vorming of zelfs het functioneren van het weefsel. Om dit probleem op te lossen spelen de onderzoekers met de porositeit van de gel en het bindmiddel. “Eerst hebben we onze op gelatine gebaseerde constructies geprint met de volumetrische printer, daarna konden we door deze constructies te infuseren met biomoleculen en foto-initiator complexe 3D-motieven maken binnenin de gelatinestructuren. Deze methode geeft ons driedimensionale controle over de locatie waar je je biomoleculen wilt opsluiten. Iets wat voorheen niet mogelijk was”, zegt Marc Falandt, die hierover een wetenschappelijk artikel schreef. Hiermee kan men bioactieve eiwitten inbrengen die voor gerichte groei zorgen, precies waar dit nodig is.
Stamcellen beginnen zich na 8 dagen te verspreiden
De tweede doorbraak komt van onderzoek door onder andere Davide Ribezzi. Hij onderzocht het gebruik van korrelige gels. “Dit zijn in feite gel microdeeltjes die dicht op elkaar zitten,” zegt Ribezzi. Hoewel elk microdeeltje vergelijkbare eigenschappen heeft als zijn hydrogeltegenhanger in bulk, kunnen samengepakte microgeldeeltjes worden ontworpen en aangepast om een breed scala aan nuttige eigenschappen weer te geven. Het gebruik van biomaterialen in de vorm van deeltjes is daarom een veelbelovende strategie om de nadelen van celinsluiting in bulk en de verwerkbaarheid van het materiaal in printprocessen te overwinnen. In een van de proeven bleken stamcellen binnen acht dagen nadat ze in de hars waren geprint, zich meer te verspreiden; endotheelcellen maakten meer verbindingen en neuronachtige cellen maakten meer verbindingen met elkaar. Meer hierover vind je in dit paper.
Stabiele constructie voor bloedvaten
Klinkt allemaal veelbelovend. Maar het resultaat van volumetrisch 3D printen is niet echt een stabiele constructie. En dat is nodig voor onder meer bloedvaten. De wanden moeten tegen hoge druk bestand zijn en flexibel. Hiervoor combineren de Utrechts onderzoekers volumetrisch bioprinten en melt electrowriting. Dit laatste is een zeer nauwkeurige vorm van 3D printen waarmee ingewikkelde scaffolds worden gemaakt. Deze zijn sterk genoeg. Het nadeel van de hoge temperatuur omzeilen de wetenschapper. Daarvoor worden celbeladen gels op de scaffolds gestold. Ook hier is inmiddels een wetenschappelijk artikel gepubliceerd.
Foto: Universiteit Utrecht
