Onderzoekers van de universiteit van Oxford hebben kunstmatig menselijk weefsel, in de vorm van een vereenvoudigde cerebrale cortex, met een 3D-printer geproduceerd. Dit hersenweefsel werd gemaakt met behulp van menselijke stamcellen. Wanneer dit in plakjes muizenhersenen wordt geïmplanteerd, worden de structuren geïntegreerd met het gastweefsel. Deze nieuwe technologie kan in de toekomst veelbelovend zijn bij het behandelen van mensen met hersenletsel. Denk hierbij met name aan regeneratieve therapieën voor weefsel, waarbij patiënten bijvoorbeeld implantaten krijgen die zijn gemaakt met hun eigen stamcellen.
De onderzoekers hebben een vereenvoudigde versie van de grote hersenen, ook wel bekend als de cerebrale cortex, gecreëerd met behulp van menselijke stamcellen. De resultaten van dit baanbrekende werk zijn medio oktober 2023 gepubliceerd in het wetenschappelijk tijdschrift Nature Communications. Het onderzoek maakt gebruik van geïnduceerde pluripotente stamcellen van de mens (hiPSCs), die diverse celtypen kunnen produceren. Deze cellen werden gedifferentieerd tot neurale voorlopercellen voor de cerebrale cortex en vervolgens in een speciale structuur geprint.
Jaarlijks lijden wereldwijd ongeveer 70 miljoen mensen aan traumatisch hersenletsel, waarvan 5 miljoen gevallen ernstig of fataal zijn. Momenteel bestaan er geen effectieve behandelingen voor ernstig hersenletsel, wat leidt tot ernstige gevolgen voor de kwaliteit van leven. Hersenletsel kan ontstaan door trauma, beroertes en operaties voor hersentumoren en leidt vaak tot aanzienlijke schade aan de cerebrale cortex. Dit veroorzaakt problemen op het gebied van cognitie, beweging en communicatie.
Architectuur hersenen nabootsen
Onder leiding van Dr. Yongcheng Jin van de Universiteit van Oxford, toont het onderzoek aan dat neurale cellen met succes in 3D kunnen worden geprint om de architectuur van de cerebrale cortex na te bootsen. Deze doorbraak bouwt voort op het jarenlange succes van het Oxfordse team bij het uitvinden en patenteren van 3D-printtechnologieën voor synthetische weefsels en gekweekte cellen. Dr. Linna Zhou, senior auteur en chemicus aan de Universiteit van Oxford, benadrukt de impact van de door de wetenschappers gebruikte ‘druppelafdruktechniek’: "Onze methode biedt een middel om levende 3D-weefsels te ontwikkelen met de gewenste architectuur, waardoor we dichter bij het creëren van gepersonaliseerde implantaatbehandelingen voor hersenletsel komen."
Associate Professor Francis Szele, senior auteur en docent aan de afdeling Fysiologie, Anatomie en Genetica aan de Universiteit van Oxford, voegt toe: "Het gebruik van levende hersenprints biedt een krachtig platform om de bruikbaarheid van 3D-printen voor het realiseren van ‘hersenherstel’ te onderzoeken. Het is een natuurlijke brug tussen het bestuderen van de ontwikkeling van 3D-geprinte corticale kolommen in vitro en hun integratie in hersenen in diermodellen van letsel."
3D-printer & facts
De inzet van de 3D-printer in de medische praktijk groeit snel, met toepassingen variërend van medische modellen tot op maat gemaakte protheses en bio-printing van menselijk weefsel en organen. Het Meander Medisch Centrum past bijvoorbeeld 3D-printtechnologie toe om het behandelprogramma voor mensen met een schouderprothese te moderniseren. Daarnaast wordt 3D-printen steeds vaker ingezet voor bio-printing, een geavanceerde technologie waarmee kunstmatig menselijk weefsel of organen kunnen worden geproduceerd met behulp van geautomatiseerde printers. Bij 3D-bioprinting worden biocompatibele materialen, zoals hydrogels en bio-inkten, gemengd met levende cellen. Diverse soorten 3D-bioprinters kunnen met precisie complexe weefselstructuren laag voor laag creëren. De toepassingen zijn veelzijdig en variëren van regeneratieve geneeskunde tot farmaceutisch onderzoek en modellering.
De opkomst van deze geavanceerde 3D-printtechnologieën, zowel in de productie van medische modellen als in de creatie van kunstmatig weefsel, biedt hoopvolle vooruitzichten voor de toekomst van de gezondheidszorg en de behandeling van diverse aandoeningen, waaronder hersenletsel. De prestatie van de onderzoekers aan de Universiteit van Oxford in het 3D-printen van vereenvoudigde grote hersenen is weer een nieuw bewijs van de vooruitgang diein dit domein wordt geboekt .
