Home 3D-Science Implanteerbare 3D-geprinte organen komen sneller dan verwacht

Implanteerbare 3D-geprinte organen komen sneller dan verwacht

11 min lezen
1

Bij MBC Biolabs, een incubator voor biotech-startups in de wijk Dogpatch in San Francisco, heeft een team van wetenschappers en stagiairs die werken voor de kleine startup Prellis Biologics net een grote stap gezet op weg naar de ontwikkeling van levensvatbare 3D-geprinte organen voor mensen.

Het bedrijf, dat in 2016 werd opgericht door onderzoekswetenschapper Melanie Matheu en Noelle Mullin, zette zijn toekomst in op een nieuwe technologie om capillairen te maken, de ééncellige dikke bloedvaten die de routes zijn waarlangs zuurstof en voedingsstoffen hun weg afleggen om weefsels in het lichaam te voeden.

Zonder functionerende capillaire structuren is het onmogelijk om organen te maken, volgens Matheu. Ze zijn het belangrijkste stuk van de puzzel in de zoektocht naar het 3D-printen van levensvatbare harten, levers, nieren en longen, zei ze.

“Microvasculatuur is de fundamentele architecturale eenheid die een geavanceerd meercellig leven ondersteunt en het vormt daarom een ​​cruciaal doelwit voor bottom-up menselijke weefselengineering en regeneratieve geneeskunde,” zei Jordan Miller, een assistent-professor bio-ingenieur aan de Rice University en een expert in 3D-geprinte implanteerbare biomateriaalstructuren, in een verklaring.

Deze real-time video toont uiterst kleine fluorescerende deeltjes – 5 micron in diameter (dezelfde grootte als een rode bloedcel) – die bewegen door een reeks van 105 capillairen die parallel zijn afgedrukt, in een buis met een diameter van 700 micron. Elke capillair is 250 micron lang.

Nu heeft Prellis bevindingen gepubliceerd die aantonen dat het die capillairen kan produceren met een grootte en snelheid die binnen de komende vijf jaar 3D-geprinte organen op de markt zouden moeten kunnen brengen.

Prellis maakt gebruik van holografische 3D-printtechnologie die driedimensionale lagen creëert die worden afgezet door een door licht geïnduceerde chemische reactie die in vijf milliseconden plaatsvindt.

Deze functie is volgens het bedrijf van cruciaal belang voor het bouwen van weefsels zoals nieren of longen. Prellis bereikt dit door een lichtgevoelige foto-initiator te combineren met traditionele bio-elementen die het cellulaire materiaal in staat stellen een reactie te ondergaan wanneer het wordt bestraald met infrarood licht, dat de polymerisatie van de bioinkt katalyseert.

Prellis heeft de holografische 3D-printtechnologie niet uitgevonden. Verschillende onderzoekers willen deze nieuwe benadering van 3D-printen toepassen in een aantal sectoren, maar het bedrijf past de technologie voor biofabricage toe op een manier die veelbelovend lijkt.

De snelheid is belangrijk omdat hoge snelheden er voor zorgen dat er geen celdood optreedt en dat het te 3D-printen weefsel levensvatbaar blijft, terwijl het vermogen om binnen structuren te 3D-printen betekent dat de Prellis-technologie de interne steiger kan genereren om het organische materiaal dat het omringt te ondersteunen.

De video hierboven, met dank aan Prellis Biologics, toont het real-time 3D-printen van een celinkapseling die nuttig is voor het produceren van kleine menselijke cellen die organoïden bevatten. De structuur is ontworpen om doorlatend te zijn en heeft een diameter van 200 micron en kan maximaal 2000 cellen bevatten.

Prellis is niet het eerste bedrijf dat 3D-geprinte organen ontwikkelt. Er zijn tientallen jaren van onderzoek naar de technologie geweest en bedrijven zoals BioBots verlagen de kosten van het 3D-printen van levend weefsel al.

Het bedrijf dat voorheen bekend stond als BioBots, nu genaamd Allevi, heeft  zijn oprichters zien verdwijnen en zijn bedrijfsstrategie verschoven.  Het richt zich nu op het ontwikkelen van software om zijn bioprinters gebruiksvriendelijker te maken. Volgens een rapport biedt Allevi apparaten die minder dan $10.000 kosten, maar Prellis stelt dat de beperkingen van extrusieprinten betekenen dat de technologie een te lage resolutie oplevert en te langzaam is om capillairen te maken en cellen in leven te houden.

De organen van Prellis moeten ook in een bioreactor worden geplaatst om ze te ondersteunen voordat ze in een dier worden getransplanteerd, maar het verschil is dat het bedrijf ernaar streeft complete organen te produceren in plaats van weefselmonsters of een klein celmonster te nemen, volgens een verklaring. De bioreactoren kunnen de biomechanische druk simuleren die ervoor zorgt dat een orgaan goed functioneert, zei Matheu.

“Vasculatuur is een belangrijk kenmerk van complexe weefsels en is essentieel voor het manipuleren van weefsel met therapeutische waarde”, zegt Todd Huffman, de chief executive officer van 3Scan, een geavanceerd bedrijf voor digitale beeldvorming van beelden en gegevensanalyse (en een adviseur van Prellis). “De vooruitgang van Prellis is een belangrijke mijlpaal in de zoektocht naar het engineeren van organen.”

Matheu schat dat het twee en een half jaar en $15 miljoen zal kosten om implanteerbare organen door hun eerste dierproeven te brengen. “Dat gaat om het plaatsen van een testnier in een dier,” zegt ze.

Eerder dit jaar kweekten onderzoekers van de Universiteit van Manchester voor de eerste keer functioneel menselijk nierweefsel van stamcellen. De wetenschappers implanteerden kleine clusters van capillairen die afvalproducten filterden uit het bloed dat in een petrischaaltje was gegroeid tot genetisch gemanipuleerde muizen. Na 12 weken waren uit de haarvaten nefronen gegroeid – de elementen waaruit een functionele menselijke nier bestaat.

Uiteindelijk is de visie om cellen van patiënten te exporteren door een huidtransplantatie of bloed-, stamcel- of beenmergmonsters te nemen – en vervolgens die monsters te gebruiken om het celmateriaal te maken dat organen zal laten groeien. “Weefselafstoting was het eerste waar ik aan dacht bij het ontwerpen van het proces en hoe we het konden doen”, zegt Matheu.

“Type 1-diabetici verliezen op jonge leeftijd de insuline-producerende eilandjes van Langerhans. Als we deze kunnen vervangen, kunnen we diabetespatiënten een leven bieden dat vrij is van dagelijkse insuline-opnamen en glucosemonitoring,” legt Matheu uit.

“Stel je voor dat je een tumor wilt maken om tests mee te doen… In het lab zou je vijf uur nodig hebben om er een te printen … Met ons systeem zou het drieënhalve seconde duren.”

Ondertussen blijft de behoefte aan een oplossing voor het tekort aan orgaandonaties groeien. Matheu zei dat een op de zeven volwassenen in de VS een nieraandoening heeft, en ze schat dat 90 miljoen mensen op een bepaald moment in hun leven een nier nodig zullen hebben.

“We moeten mensen sneller helpen”, zegt Matheu.

Toon meer gerelateerde berichten
Toon meer door Maarten Verkoren
Toon meer in 3D-Science

Één reactie

  1. A. Smit

    30 augustus 2018 op 13:20

    Zit een nieuw oor inclusief ‘audiotouwtjes’ er ook al aan te komen?

    Reageer

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Bekijk ook

3D-geprint softseat-concept combineert natuur met duurzame technologie

Lilian van Daal presenteert haar nieuwste biomimicry project: Radiolaria #1. Radiolaria #1…