Onderzoekers van het UMC Utrecht werken aan een 3D-printer die binnen enkele minuten een deel van het menselijk lichaam kan namaken, inclusief levende cellen. Dit moet het mogelijk maken om individuele modellen van delen van een patiënt te maken, waarmee onder andere buiten het lichaam medicatie getest kan worden. Dit moet patiënten uiteindelijk ook onafhankelijk van donororganen maken.
UMC Utrecht-onderzoeker Riccardo Levato ontving op 3 september een ERC-grant (subsidie van de European Research Council) voor zijn werk aan de printer. 3D-biopinters hebben andere criteria dan gewone 3D-printers: ze werken niet met plastic polymeren die laagje voor laagje opgespoten worden, maar met biologisch materiaal. UMC Utrecht timmert al langer aan de weg met dergelijke 3D-printers. Vorig jaar liet het academisch ziekenhuis weten bezig te zijn met de ontwikkeling van een 3D-printer die van biologisch afbreekbaar materiaal zulke kleine vezels maakt, dat onderzoekers daarmee een soort pleisters kunnen maken om het hart te repareren.
3D-printer voor biomateriaal
Een klassieke 3D-printer is als een banketbakker die laagje na laagje een taart opmaakt. Medische wetenschappers proberen de klassieke laagjesmethode al jaren toe te passen door protheses of zelfs hele organen te printen. 3D-printers kunnen intussen overweg met lichaamsvriendelijke, flexibele materialen die levende cellen bevatten. Het laagjesprincipe blijft – net zoals het opmaken van een slagroomtaart – echter een tijdrovend proces, waardoor de overlevingskans van de cellen sterk verminderd
Riccardo Levato, onderzoeker Biofabrication en Regeneratieve Geneeskunde bij het UMC Utrecht, wil daar met collega’s van de technische universiteit van Lausanne verandering in brengen. Zij werken aan zogeheten volumetrisch bioprinten. Hierbij komt het 3D-model tot stand in een draaiende container met een vloeibare gel die stolt bij contact met laserlicht. Door de container daar vanaf verschillende hoeken mee te belichten, ontstaat in de gel een driedimensionaal beeld, schrijft UMC Utrecht. “Dat beeld, het lijkt op een hologram, wordt vrijwel meteen hard”, aldus Levato. “Niet laagje voor laagje.”
Sneller volumetrisch printen
Zo kunnen veel sneller driedimensionale objecten geprint worden zoals een hartklep, een stuk van een dijbeen of een meniscus. De onderzoekers kunnen aan de gel zelfs lichaamseigen stamcellen toevoegen. Zo kunnen delen van een patiënt snel en nauwkeurig nagebouwd worden om biologische processen buiten het lichaam te bestuderen. Levato hierover: “Wij denken in eerste instantie aan individuele modellen, zodat we bij ziekte meer te weten kunnen komen over een specifieke patiënt. “Met deze baanbrekende techniek komen we ook een stap dichterbij om uiteindelijk hele organen te printen, waardoor bijvoorbeeld nierdialyse overbodig wordt en patiënten niet meer afhankelijk zijn van donororganen.”
Hoewel deze techniek nog in ontwikkeling is, is de bioprinter volgens UMC Utrecht een gamechanger op het gebied van medisch 3D-printen. Levato kreeg een startsubsidie van de European Research Council (ERC) van 1,8 miljoen euro voor het ontwikkelen van nieuwe 3D-modellen om ziekten te bestuderen. Met het geld kan hij een eigen onderzoeksgroep opstarten en geavanceerde apparatuur aanschaffen.
Uiteindelijk hoopt Levato dat zijn bioprinter organische protheses kan maken van lichaamseigen materiaal zoals een bot - inclusief beenmerg waarin witte en rode bloedcellen gemaakt worden.
“Dat stelt ons in staat om bepaalde ziektes, zoals leukemie, te bestuderen.” Met zo’n model kunnen artsen bepalen welke therapie het beste aansluit op een individuele patiënt. “Veel geneesmiddelen zijn kostbaar en hebben bijwerkingen. Met een accuraat model kun je zo’n behandeling testen voor je iemand eraan blootstelt.” Dankzij zo’n model zijn ook minder dierproeven nodig bij het ontwikkelen en testen van geneesmiddelen.
Complex versus simpel
Nu het mogelijk is om individuele modellen te maken met een 3D-printer, komt de vraag op de vraag hoe complex die moeten zijn. Collega’s uit het UMC Utrecht helpen bij het beantwoorden ervan. “Is ieder anatomisch detail van belang, of kunnen we het simplificeren? Zijn alle cellen in een botstructuur belangrijk om na te maken als we maar één aspect willen bestuderen? Dat zijn vragen waar we samen met onze biomedische collega’s over nadenken. Samen ontwikkelen we de techniek en bepalen we de kaders. Het is een multidisciplinair project, dat aansluit bij de biomedische expertise van het UMC Utrecht, de Universiteit Utrecht en het hele Utrecht Science Park.”
