De 3D-printer is al lang niet meer weg te denken uit de maak-industrie. Ook binnen de gezondheidszorg is het 3D-printen van, met name, hulpmiddelen en (bot)protheses al niet nieuw meer. En nu het ook mogelijk wordt om levende cellen als 'printerinkt' te gebruiken, wordt deze technologie steeds interessanter voor de medische wetenschap. Een van de pioniers op het gebied van 3D-printen met levend materiaal is het Amsterdam UMC.
In het laboratorium van hoogleraar Moleculaire genetica Arthur Bergen experimenteert postdoctoraal onderzoeker Eszter Emri met het 3D-printen van menselijk weefsel. Tijdens een demonstratie toont de onderzoeker hoe het op dit moment al mogelijk is een oorprothese te printen. Het oor is een van de meest complexe, driedimensionale, vormen en wordt vaak als demonstratiemodel gebruikt om aan te tonen wat de mogelijkheden van het gebruik van een 3D-printer in de medische technologie zijn.
Echter, de complexe vorm is niet de grootste uitdaging. “Dit oortje hebben we geprint op basis van doodgewone Nivea-crème. Niet zozeer de vorm, maar het zachte basismateriaal is hier de kunst. Hoe voorkom je dat vloeibaar materiaal uit de printer meteen wegloopt? Hoe laat je het water waarmee je sommige materialen vloeibaar maakt op het juiste moment verdampen? Dat zijn de vragen waarmee wij ons bezighouden bij het 3D-printen”, vertelt moleculair bioloog Emri.
3D-printen met stamcellen
Het 3D-printen van protheses zoals een oor of (delen) van botten is echter niet de grootste uitdaging. Het is inmiddels ook mogelijk om levend weefsel als 'printerinkt' te gebruiken. Zo werken onderzoekers binnen het project ENLIGHT al geruime tijd aan de ontwikkeling van een levend model van de alvleesklier die met behulp van een 3D bioprinter geprint kan worden.
Emri werkt in het Amsterdam UMC aan het gebruik van stamcellen als 'inkt'. Ook dat behoort al enige tijd tot de mogelijkheden. “Een tweede vernieuwing die het 3D-printen van levende materialen mogelijk heeft gemaakt, is de ongekende resolutie. We kunnen de cellen met een precisie van een paar micrometer op de juiste plek leggen. Die cellen printen we op een matrix, een soort mal van bijvoorbeeld oplosbare kunststof, of later misschien kraakbeencellen. Vervolgens moeten de stamcellen in een stoof uitgroeien tot het gewenste celtype”, aldus Emri.
Hoewel de theorie klopt als een bus, blijkt de uitdaging in de praktijk nog een stuk groter. “We zijn een van de weinigen op de wereld met zo’n hypermoderne 3D-printer in het lab. Als we tegen problemen aanlopen, dan is er geen instructieboekje waar we op terug kunnen vallen, laat staan een helpdesk van de fabrikant. We hebben wel een nuttige gebruikersgroep. Samen met de andere gebruikers, waar ook ter wereld, proberen we uit te vinden hoe we bepaalde structuren kunnen printen, hoe we dat probleem van het gecontroleerd verdampen van water en alle andere praktische hobbels kunnen oplossen”, licht Emri toe.
Maculadegeneratie
Een van de praktische uitdagingen waar Emri momenteel aan werkt is het 3D-printen van zogenoemde 'drukken'. Dit zijn structuren die in het oog kunnen ontstaan bij leeftijd-gerelateerde maculadegeneratie (AMD), een oogaandoening die met met name 60-plussers (4%) en 70-plussers (12%) treft. Het is een aandoening die misschien het best vergeleken kan worden met aderverkalking, waarbij plaques bloedvaten kunnen blokkeren.
"Door de drusen die tussen de toplaag, het epitheel en de membraan van het netvlies gaan zitten, verliezen mensen langzaam hun zicht. Deze ‘leeftijd-gerelateerde blindheid’ is een invaliderende aandoening, die langzaam voortschrijdt en waartegen bovendien geen goede behandeling bestaat. Het ontstaan van maculadegeneratie ligt deels vast in genen, maar is ook een gevolg van een niet gezonde leefstijl (roken). Het onderzoek naar de ziekte is lastig, bijvoorbeeld omdat proefdiermodellen zoals muizen geen macula of ‘gele vlek’ in hun netvlies hebben zoals wij”, vertelt hoogleraar Bergen.
Het 3D-printen van de 'drusen' moet bijdragen aan het beter leren begrijpen van het ontstaan en de ontwikkeling van de blindheid. “Pas als je snapt hoe die structuren zich vormen, kun je rationeel nadenken over een (preventieve) behandeling”, aldus Bergen.
