Onderzoekers van de Florida International University hebben een 3D-geprinte bioreactor ontwikkeld waarin bot kan worden gekweekt. In de afgelopen jaren heeft biomedisch ingenieur Anamika Prasad van de Florida International Unit het apparaat in samenwerking met haar studenten verder verfijnd. Het resultaat is een ontwerp met cilindervormige holtes die de unieke omgeving nabootst die botweefsel nodig heeft en die ervoor zorgt dat de botmonsters langer kunnen overleven. Uit een onlangs gepubliceerd onderzoek blijkt dat de botmonsters tot wel 28 dagen kunnen overleven in het apparaat. Dat is goed nieuws voor wetenschappers die gedurende langere tijd onderzoek moeten doen naar veranderingen in de cellen om nieuwe geneesmiddelen en behandelingen te ontdekken.
De technologie kan ook het onderzoek naar botengineering en kraakbeen vooruithelpen. Zo kan bijvoorbeeld worden onderzocht of gekweekt weefsel kan worden gebruikt voor botreconstructie ter vervanging van grote botfragmenten die verloren zijn gegaan door kanker, infecties of letsels. Ook kan onderzoek worden gedaan om na te gaan of het mogelijk is nieuw kraakbeenweefsel te laten groeien. Prasad wil het apparaat ook gaan gebruik bij haar andere onderzoeken, waaronder een 3D-botreconstructieproject in samenwerking met Dr. Juan Pretell, hoofd musculoskeletale oncologiechirurgie bij Baptist Health.
Ontwikkeling en validatie van de bioreactor
Voor het printen van de onderdelen van de bioreactor wordt polylactide (PLA) gebruikt. Daarna wordt een coating aangebracht op de geprinte onderdelen om ze af te dichten en geschikt te maken voor weefselgroei. De bioreactor wordt aangedreven door een peristaltische pomp en een Arduino DC-motor.
Om de bioreactor te testen zijn botmonsters gekweekt uit het dijbeen van een varken. De botmonsters werden in een incubator bewaard bij een temperatuur van 37 graden Celsius en 5% CO2. Via een confocale microscoop werden de cellen vervolgens gecontroleerd op levensvatbaarheid.
Botten kweken voor medicijntests
Ook in Nederland wordt onderzoek gedaan naar het kweken van botten. Bij de TU/e werkt Bregje de Wildt voor haar promotieonderzoek samen met haar team van de onderzoeksgroepen Orthopedic Biomechanics en Bioengineering aan het kweken van minibotten voor het testen van medicijnen voor de behandeling van botbreuken die extra behandeling nodig hebben om te genezen. Op dit moment worden die tests uitgevoerd met proefdieren.
Behalve dat in het lab gekweekte minibotten het gebruik van proefdieren grotendeels overbodig kan maken, heeft deze ontwikkeling nog een voordeel. "Helaas is minder dan 1 op de 10 behandelingen die met behulp van dierproeven zijn ontwikkeld ook effectief bij mensen, wat waarschijnlijk komt doordat de gebruikte dieren en mensen genetisch te verschillend zijn", vertelt De Wildt.
De Wildt heeft grote verwachtingen van haar onderzoek, vooral gezien de prevalentie van botziekten. "Osteoporose is de meest voorkomende botziekte, die ongeveer 1 op de 5 mensen treft. Hoewel het niet dodelijk is, tast het de kwaliteit van leven aan en kunnen fracturen in bepaalde gevallen dodelijk zijn. Ik hoop dat dit onderzoek bijdraagt aan betere behandelingen voor botaandoeningen. Die zijn zeker nodig aangezien onze bevolking langer leeft en steeds meer mensen op latere leeftijd botproblemen krijgen."
