Bioinkt is een innovatie die het mogelijk maakt om (delen van) organen en bloedvaten te printen die gebruikt worden om weefsels te helpen beter te helen of te vervangen. Onderzoekers van de Universiteit Twente hebben een flinke vooruitgang geboekt op het gebied van de technologie voor bioinkt. Zij stellen in hun onderzoek dat hun ontdekking de manier waarop gevasculariseerde weefsels gecreëerd kunnen worden, kan veranderen.
De innovatie die de onderzoekers van de Universiteit Twente beschrijven in Advanced Healthcare Materials, maakt het mogelijk de groei en organisatie van kleine bloedvaatjes in 3D-geprinte weefsels nauwkeurig te sturen. Het betreft bloedvaatjes die de complexe netwerken in het menselijk lichaam nabootsen.
3D-geprinte bloedvaten
De potentie van 3D-geprinte organen voor de geneeskunde is groot. Ze kunnen oplossingen bieden voor orgaanfalen, weefselschade en zelfs bijdragen aan de ontwikkeling van nieuwe therapieën. Belangrijk voor het functioneren en het overleven van 3D-geprinte organen is dat deze weefsels voldoende voedingsstoffen en zuurstof krijgen. Die worden geleverd via bloedvaten. De mogelijkheid om deze bloedvaten te kunnen printen, waar de onderzoekers van de Universiteit Twente nu dus een innovatieve bioinkt voor ontwikkeld hebben, is een belangrijke stap vooruit.
Met de bestaande technologie was het voor weefselingenieurs wel mogelijk om bloedvaten tijdens het printproces te positioneren. Echter, doordat deze bloedvaten tijdens het kweekproces in een laboratorium of bij de plaatsing in een lichaam onvoorspelbare veranderingen doormaakten, verminderde de functionaliteit van de gecreëerde weefsels. Met de nu ontwikkelde programmeerbare bioinkt kan dit opgelost worden. De technologie maakt het namelijk mogelijk de groei en herstructurering van bloedvaten dynamisch te sturen. Dit opent nieuwe mogelijkheden voor het creëren van weefsels met langdurige functionaliteit en aanpassingsvermogen.
Innovatieve bioinkt met stukjes DNA
In de bioinkt zijn zogenaamde aptameren, stukjes DNA, verwerkt. Die aptameren kunnen zo worden geprogrammeerd dat ze biochemische signalen naar behoefte binden en loslaten. Met dit proces wordt het natuurlijke mechanisme het menselijk lichaam nagebootst. Daarin fungeert de micro-omgeving van weefsels als een reservoir voor groeisignalen, die alleen worden vrijgegeven wanneer dat nodig is. Hiermee kan de bioinkt bloedvatvorming sturen en aanpassen aan de behoeften van het weefsel.
“Ons lab heeft eerder aptameertechnologie ontwikkeld om eiwitten af te geven die de groei van nieuwe bloedvaten stimuleren. Wat deze technologie uniek maakt, is dat het niet alleen in drie dimensies werkt, maar ook over tijd. Wij noemen dit 4D-sturing”, vertellen onderzoekers Jeroen Rouwkema en Deepti Rana van het Vascularization Lab aan de Universiteit Twente.
Door deze technologie te combineren met extrusion-based 3D-bioprinting, is een programmeerbare bioinkt ontwikkeld die de natuurlijke manier van het lichaam nabootst om biochemische signalen aan te bieden. “Hierdoor kunnen we de groei van bloedvaten in een gecontroleerde laboratoriumomgeving sturen. Dit brengt ons dichter bij het creëren van weefsels die functioneren als echte organen”, aldus Rouwkema en Rana.
3D-geprinte spieren
Vorig jaar hebben onderzoekers van het Terasaki Institute in Los Angeles ook al een grote stap gezet op het gebied van bioinkt. Zij slaagden er toen in om een methode te ontwikkelen waarmee 3D-geprinte spiercontstructies met een betere uitlijnen en rijping van de spiercellen gecreëerd kunnen worden. Daarvoor werden microdeeltjes gemaakt die met behulp van een microfluïdisch platform geladen worden met een insuline-achtige groeifactor (IGF).
In Nederland werd vorig jaar ook een ander onderzoek naar bioprinten uitgevoerd. Onderzoekers van het UMC Utrecht werkten daar aan een technologie waarbij volumetrisch printen, snel maar niet 'stevig', gecombineerd wordt met ‘melt electrowriting’ (MEW-printen). Dit is een zeer nauwkeurige vorm van 3D-printen die werkt door een smal filament van gesmolten (biologisch afbreekbaar) plastic te richten. Hiermee kunnen ingewikkelde structuren geprint worden die mechanisch sterk zijn en bestand zijn tegen flinke krachten.
