Een team onderzoekers van het Utrecht Medisch Centrum én de École Polytechnique Fédéral Lausanne (EPFL) is erin geslaagd om een grote constructie van levend celmateriaal te printen. Daarvoor passen ze volumetrisch 3D printtechnologie toe. Hierdoor duurt het 3D printen slechts enkele tientallen seconden.

 

De beide onderzoeksinstellingen hebben een artikel over hun onderzoeksproject gepubliceerd in Advanced Materials Journal. De veelbelovende onderzoeksresultaten openen de weg naar het 3D printen van organen, de menselijke spare parts.

Europees onderzoek samen met EPFL opent nieuwe mogelijkheden 3Dprinten van organen

 

Laaggewijs 3D printen duurt te lang

Het huidige paradigma in bioprinting is afhankelijk van de laag voor laag depositie en assemblage van repetitieve bouwstenen, meestal celbeladen hydrogel vezels of voxels, enkele cellen, of cellulaire aggregaten. De schaalbaarheid van deze additieve productietechnologieën wordt beperkt door de afdruksnelheid, aangezien langdurige biofabricageprocessen de celfunctionaliteit aantasten. Het team toont aan dat met volumetrisch 3D printen deze beperkingen worden omzeild. De complexe constructies ontstaan namelijk in een tijdsbestek variërend van seconden tot hooguit enkele tientallen seconden.

Volumetric Bioprinting

(Afbeeldingen: UMC/EPFL)

 

Volumetric Bioprinting: hoe werkt het?

In het artikel beschrijven de onderzoekers het Volumetric Bioprinting (VBP). Zichtbaar laserlicht (405 nm) wordt met een DLP modulator in 3D geprojecteerd op een cilindrische container. Hierin zit een gel van photopolymeer. Solidificatie van het materiaal vindt alleen daar plaats waar vanuit meerdere invalshoeken licht komt. Op die manier printen de onderzoekers in enkele seconden grote, complexe constructies van met cellen geladen materiaal. Dankzij de korte printtijd is de levensvatbaarheid van het celmateriaal meer dan 85%. Een kritisch punt in het proces is het risico dat materiaal te lang uithardt. Bij gewoon stereolithografie heeft dat geen noemenswaardig effect. Bio bioprinting wel. Er treedt dat vervorming op. Daarom is het belangrijk de juiste belichtingstijd te bepalen.

 

 

Printtijd niet afhankelijk van het volume

De onderzoekers stellen verder tot hun verrassing vast dat bij Volumetric Bioprinting de printtijd niet afhankelijk is van de afmetingen van de constructie. Dat geldt wel voor alle andere printtechnieken die tot nog toe worden gebruikt. Daardoor is bioprinten met de bestaande technieken moeilijk schaalbaar. Gemiddeld heeft men met VBP een printtijd nodig van een paar tot enkele tientallen seconden, ongeacht het volume, zolang maar met een constante lichtintensiteit wordt gewerkt. Om een dubbel zo grote constructie te printen in dezelfde tijd, zou men alleen het laservermogen moeten verdubbelen.

 

Ook toepassingen buiten de medische sector

In het onderzoek tonen de Nederlandse en Franse wetenschappers eveneens aan dat ze vrij liggende onderdelen kunnen printen zonder support materiaal. Dat opent zelfs de weg naar het 3D printen van bewegende delen, bijvoorbeeld kleppen. De onderzoekers zien hierin ook mogelijkheden buiten het printen van tissue constructies. Bijvoorbeeld in microfluids of in soft robots die met hydrodynamische actuatoren worden aangestuurd.

De onderzoekers concluderen dat Volumetric Bioprinting een grote belofte inhoudt. Het is een nieuwe, krachtige en veelzijdige biofabricage methode, vooral dankzij de drastisch gereduceerde printtijd.

Hier kun je het wetenschappelijk artikel lezen