Amerikaanse biotechnologen hebben een belangrijke stap gezet op weg naar het printen van organen. Ze ontwikkelden een techniek om vaatweefsel te maken met 3D-printtechnieken.

Het onderzoek, dat deze week het omslag van het wetenschappelijke tijdschrift Science siert, biedt op termijn hoop voor de talloze mensen op de wachtlijst voor een donororgaan. Maar de betrokken technologen, Jordan Miller van Rice University en Kelly Stevens van de University of Washington, waken voor al te veel optimisme. 'We staan nog maar aan het begin van onze ontdekkingstocht naar de architectuur van ons lichaam', zegt Miller. 'We hebben nog veel te leren.'


Vaatstelsels

De onderzoekers ontwikkelden een manier om vaatstelsels te maken die sterk lijken op de natuurlijke vaten waardoor bloed, lymfevocht en andere belangrijke lichaamssappen vloeien. Ze maken daarbij gebruik van levende cellen in combinatie met hydrogels. Ze maakten al een indrukwekkend, werkend prototype (zie foto boven) van een luchtzak die een long zou kunnen vervangen. Daarin wordt via luchtwegen zuurstof gebracht naar omliggende bloedvaten. 

In hun publicatie beschrijven ze hoe ze bij muizen hebben geëxperimenteerd met biogeprint materiaal waarin levercellen zijn verwerkt. Na het plaatsen van het bio-implantaat bleven de muizen nog zeker twee weken leven.


Verstrengeld

Wetenschappers proberen al langer vervangende organen te printen met biologisch materiaal. De complexe vaatstelsels binnen die organen, die voedingsstoffen naar het weefsel moeten vervoeren en afvalstoffen afvoeren, zijn echter grote obstakels.

'Onze organen bevatten onafhankelijke vaatstelsels; kijk maar naar de luchtwegen en de bloedvaten in onze longen of de galkanalen en bloedvaten in de lever', zegt Miller in een persbericht. 'Die netwerken zijn zowel fysiek als chemisch in elkaar verstrengeld en de manier waarop bepaalt het functioneren van het orgaan'. 

De weefsels die de biotechnologen hebben ontwikkeld, zien eruit als echt weefsel en zijn ook in staat om mee te bewegen met de ademhaling en de bloedsomloop, zegt Stevens. 'Dus nu kunnen we ons gaan afvragen: functioneren ze ook echt als weefsel?' Dat is een belangrijke vraag, want het functioneren van het weefsel uit de bioprinter is bepalend voor het functioneren van het volledige orgaan.

Experimenten aan Rice University en de University of Washington hebben uitgewezen dat levercellen die worden verwerkt in een implantaat uit de bioprinter zeker veertien dagen in muizen blijven functioneren. 


Zuurstof

Het team maakt gebruik van een nieuwe technologie voor bioprinten. Uit een vloeibare gel-oplossing worden laagjes geprint die hard worden zodra ze aan blauw licht worden blootgesteld. Met digitaal licht wordt elk laagje van onder beschenen, in de vorm van de gewenste structuur, met een pixelgrootte van 10 tot 50 micron.

Zodra het laagje hard door het blauwe licht is uitgehard, wordt het geheel een fractie opgetild, waarna de volgende laag volgt. Binnen een paar minuten kan het systeem zo zachte gels maken met een verfijnde interne structuur.

Die weefselstructuur blijkt sterk genoeg te zijn om niet te barsten wanneer er bloed doorheen stroomt of wanneer er op pulserende wijze lucht door wordt gepompt, zoals het hart zou doen. Rode bloedlichaampjes in het geprinte weefsel namen zuurstof op wanneer ze door een verfijnd vatenstelsel stroomden rond een 'ademende' luchtzak. 

 

Donororganen

De zoektocht naar functionele, vervangende organen wordt voortgestuwd door de enorme tekorten aan donororganen. Alleen al in de Verenigde Staten staan meer dan 100.000 mensen op een wachtlijst voor een orgaan en degenen die er uiteindelijk een krijgen, moeten hun leven lang medicijnen slikken om afstotingsverschijnselen te onderdrukken. Het bioprinten van organen zou voor beide problemen een oplossing kunnen bieden. Artsen zouden dan immers een nieuw orgaan kunnen printen met behulp van de eigen cellen van de patiënt. 

 

Beelden: Jordan Miller/Rice University