Onderzoekers gaan met behulp van een 3D bioprinter, binnen het Europese project ENLIGHT, een levend model maken van de alvleesklier. Doel van deze ontwikkeling is het beter kunnen testen van diabetes medicatie. De bioprint methode die hiervoor gebruikt wordt, is ontwikkeld in het UMC Utrecht en de Ecole Polytechnique Federale de Lausanne. Momenteel wordt gewerkt aan de ontwikkeling van een nieuwe bioprinter hiervoor. Het eerste werkende weefselmodel moet binnen drie jaar gerealiseerd worden.
Met behulp van zichtbaar licht moet de nieuwe 3D bioprinter stamcellen in functionele alvleesklierweefsels geprint worden. Om deze technologie te ontwikkelen heeft het ENLIGHT-project onlangs een vier jaar lopende subsidie van 3.6 miljoen euro ontvangen vanuit het Europese innovatiefonds Horizon 2020.
Het onderzoeksconsortium voor de ontwikkeling van het 3D geprinte alvleesklierweefsel staat onder leiding van het UMC Utrecht en bestaat verder uit Ecole Polytechnique Federale de Lausanne en ETH Zürich (Zwitserland), The University of Naples Federico II (Italië), AstraZeneca (Zweden), Rousselot (België), Readily 3D (Zwitserland) en Fondazione Giannino Bassetti (Italië).
3D geprint weefsel
Voor het testen van nieuwe geneesmiddelen biedt weefsel dat met een 3D bioprinter geproduceerd wordt diverse voordelen. Behalve dat ze dierproeven kunnen vervangen versnellen ze ook de ontdekking van nieuwe medicijnen. Doordat gebruik gemaakt wordt van zogenoemde 'gepersonaliseerde modellen' hoeven patiënten in de zoektocht naar een passend, werkend, medicijn niet langer zelf te experimenteren met verschillende medicijnen.
“Met cellen van een patiënt kunnen behandelaars het zieke weefsel namaken. Vervolgens kan in een laboratorium getest worden welke kandidaat-medicatie het meest effect heeft. Dit bespaart patiënten een lange zoektocht met vervelende bijwerkingen, het scheelt in de behandelkosten en leidt tot de beste beschikbare zorg voor individuele patiënten", vertelt Riccardo Levato, onderzoeker biofabrication aan het UMC Utrecht en coördinator van ENLIGHT. Deze 'gepersonaliseerde methode' wordt nu ontwikkeld voor diabetes patiënten, maar als het model werkt dan kan dit in de toekomst ook voor andere ziektebeelden, zoals kanker, gebruikt worden.
Logische keuze voor diabetes
Dat bij de ontwikkeling van nieuwe bioprint technologie in eerste instantie gekozen is voor diabetes en de alvleesklier is geen toeval. De alvleesklier maakt enzymen en hormonen aan, waaronder insuline; bij diabetes gebeurt dit niet of onvoldoende. “Diabetes is een bewuste keuze vanwege de maatschappelijke relevantie. Het is naast astma de meest voorkomende chronische ziekte bij kinderen. Ondanks de groeiende vraag naar zorg voor patiënten met diabetes, blijft de ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen (naast insulinetherapie) achter“, aldus Levato.
De alvleesklier wordt de zogenoemde 'proof of principle' voor de nieuwe 3D bioprint technologie. "Als het lukt om een levend model van de alvleesklier te maken en als het lukt om daarmee daadwerkelijk medicatie tegen diabetes te testen, vormt dat het bewijs dat de nieuwe bioprint-technieken werken. Vervolgens kunnen we die technieken veel breder inzetten. In principe kun je er levende modellen van alle soorten weefsel mee maken", licht Riccardo Levato toe.
Volumetrische 3D bioprinter
De ENLIGHT-onderzoekers willen twee doorbraken forceren om het met behulp van biometrisch 3D-printen mogelijk te maken verschillende weefsels te genereren. De eerste doorbraak is de ontwikkeling van een bioprinter die razendsnel in staat is een deel van het menselijk lichaam na te maken, inclusief levende cellen. Het werk waar een klassieke 3D-printer een uur voor nodig heeft moet de zogenoemde volumetrische bioprinter binnen een minuut kunnen opleveren. Die snelheid is van cruciaal belang voor de overlevingskans van de cellen.
Wanneer de bioprinter een levend 3D-model van menselijk weefsel heeft gemaakt, is er nog een tweede stap nodig om de functionaliteit op menselijk orgaanniveau na te maken. “Als je alvleesklierweefsel wil fabriceren, moet het 3D-model er niet alleen zo uitzien, maar ook functioneren als een alvleesklier. Dit willen we al in de printfase voor elkaar zien te krijgen door signaalmoleculen toe te voegen, die de cellen (gestimuleerd door de printer) vertellen hoe ze zich moeten gedragen”, vertelt Riccardo.
De onderzoekers richten zich de komende vier jaar op het doel een levend model van de alvleesklier, inclusief de hormonale functies, te maken. Op de langere termijn strekken de ambities verder en wil ENLIGHT nieuwe instrumenten bieden om het tekort aan donororganen voor transplantatie en regeneratieve geneeskunde op te lossen.
