Ingenieurs in China hebben een zeer compacte bioprinter gemaakt die wondjes in het lichaam moet herstellen. Het prototype is klein genoeg om met een endoscoop het lichaam in te gaan en daar cellen te deponeren die wondherstel in de maagwand bevorderen.

3D-printen is in de afgelopen jaren in rap tempo volwassen geworden, met toepassingen in allerlei sectoren. Een deelgebied is het zogeheten bioprinten, waarbij een apparaat vrij precies levende cellen en hulpstoffen op elkaar legt, zodat nieuw weefsel ontstaat. Vooral met het printen van stukjes nieuwe huid boekten wetenschappers tot nu toe successen.

Maar dergelijke bioprinters draaien buiten het lichaam; wat Chinese onderzoekers nu presenteren klinkt echt als sciencefiction. Ze hebben een kleine bioprinter gebouwd die compact genoeg is om met een endoscopieslang het lichaam ín te gaan en daar weefsels te printen. Details over het door hen ontwikkelde mechanisme beschrijven ze in een artikel in vaktijdschrift Biofabrication, dat gisteren verscheen. 



Maagzweer

De onderzoekers van Tsinghua University in Beijing richten zich in eerste instantie op problemen aan de maagwand. Volgens hun paper heeft zo’n 12 procent van de mensen daar last van, in meer of mindere mate. De bekendste aandoening is de maagzweer, een wondje in het slijmvlies van de maag.
 

Printen van cellen

Wie een wondje aan de maagwand heeft, wordt nu nog behandeld met medicatie. In ernstiger gevallen kan een operatie noodzakelijk zijn. Zo'n operatie gebeurt van buitenaf. Het onderzoeksteam in China wil daaraan een nieuwe optie toevoegen: binnenin het lichaam opereren. Of eigenlijk: het printen van cellen op de wond, om daarmee de maagwand weer gezond te maken.

‘Het probleem met bestaande bioprinters is dat ze veel te groot zijn om in het lichaam te printen zonder een flinke operatie om het betreffende gebied toegankelijk te maken’, zegt hoogleraar Tao Xu van Tsinghua University in een persbericht.
 

Vernuftig veersysteem

Daarom bouwden Xu en collega’s een nieuwe, bijzonder kleine bioprinter, die werkt met twee spuitmonden die verschillende vloeistoffen heel nauwkeurig deponeren. Het positioneren van zo’n spuitmond gebeurt met een vernuftig veersysteem (een zogeheten Delta-robot), die dankzij het ontwerp zowel snel als precies is.

In hun proeven gebruikten de Chinezen twee vloeistoffen die nodig zijn voor het helen van een wond in de maagwand: de ene bevat epitheelcellen (die de maagwand bekleden), de andere spiercellen. De bioprinter kan deze typen cellen in laagjes op elkaar printen en is daarmee feitelijk een 3D-printer (als je heel precies wil zijn een 'nx2D-printer').

Opvouwen

Omdat het nieuwe bioprintertje via een lichaamsopening (gezien de ligging van de maag waarschijnlijk ‘van boven’) naar binnen moet kunnen, kan hij zich zoveel mogelijk opvouwen. Pas bij de maagwand aangekomen, zal hij zich ontvouwen om aan de slag te gaan.

Toch is het mechanisme (hierboven afgebeeld) met 28 millimeter diameter nog aan de brede kant, schrijven de onderzoekers zelf in hun artikel. ‘Het is een beetje breder dan bestaande endoscopen, wat het doen van dierproeven lastig maakt. Een volgende versie moet dus kleinere actuatoren gebruiken, zodat onze printer nog compacter wordt.’
 

Model van een maag

De onderzoekers testten hun systeem op twee manieren. Om de werking te demonstreren lieten ze een endoscoop met hun printer het model van een maag ingaan (zie de figuur hieronder). Daarnaast lieten ze hun printertje zijn structuren bouwen in een petrischaaltje, om te kijken of daar levensvatbare weefsels gevormd worden.

Dat laatste lijkt het geval, want na tien dagen bleken de cellen zich goed te delen. ‘Dit wijst erop dat de cellen functioneren in de geprinte structuren’, aldus promovendus Wenxiang Zhao in het persbericht.


Foto’s en illustraties Zhao et al., Biofabrication, 2020.