Twee technologische (biomedische) innovaties waarmee de afgelopen jaren flinke vorderingen gemaakt zijn op het gebied van de gezondheidszorg, zijn het 'kweken' van menselijke cellen en weefsel en (3D-geprinte) implantaten met biomaterialen. Wetenschappers hebben nu onderzoek gedaan naar een zogenoemde tissue-engineering technologie waarbij menselijke cellen gekweekt worden in een implantaat om sneller herstel, en de groei van weefsel, te bevorderen.
De onderzoekers hebben in de nieuwe studie expliciet gekeken naar mogelijkheden om een bestaande technologie, robot gestuurde bioreactorsystemen, in te zetten voor het ontwikkelen van klinisch inzetbare functionele transplantaten. De techniek voor de humanoïde bioreactor bestaat al ettelijke jaren, maar tot nu toe heeft dat nog niet geleid tot klinisch bruikbare oplossingen.
"Humanoïde robots bieden het vooruitzicht om fysiologisch relevante mechanische stimulatie te bieden aan transplantaten en implantaten die hun klinische implementatie kunnen versnellen", aldus de studie. De onderzoeksstudie, getiteld 'Humanoid robots to mechanically stress human cells grown in soft bioreactors', werd onlangs gepubliceerd in Nature Communitcations Engineering.
Haalbaarheid humanoïde bioreactor
Om de haalbaarheid van een humanoïde bioreactor te onderzoeken, hebben de onderzoekers een flexibele bioreactorkamer ontworpen die kan worden bevestigd aan een gemodificeerd musculoskeletaal (MSK) humanoïde robotschoudergewricht. Vervolgens toonden de onderzoekers aan dat fibroblastcellen in deze kamer kunnen worden gekweekt terwijl ze fysiologische adductie-abductie ondergaan op de robotarm.
Een voorlopige evaluatie van het transcriptoom van de cellen na 14 dagen duidde op een duidelijke invloed van het laadregime op het genexpressieprofiel. Deze vroege resultaten maken onderzoek mogelijk naar de toepassing van MSK-humanoïde robots als een biomechanisch realistischer platform voor toepassingen voor weefselengineering en het testen van biomaterialen.
Vervolgonderzoek
Dit proof-of-concept bioreactorplatform kan cellen in cultuur houden en lading leveren die veranderingen in genexpressie en proliferatie induceert. In het vervolgtraject moet het effect van verschillende laadregimes, steigermaterialen, celtypen en bedrijfsparameters onderzocht worden.
Mogelijke langetermijnvoordelen van een op humanoïde bioreactor gebaseerde strategie zijn onder meer de productie van functionele weefseltransplantaten voor patiënten, de creatie van een verbeterd in vitro kweekmodel voor preklinisch werk en de mogelijkheid om de ontwikkeling van geavanceerde robotsystemen te ondersteunen.
Vijf jaar geleden slaagden wetenschappers van de TU Delft er in om zogenoemd meta-biomateriaal te ontwikkelen waarmee bot ingroei bevorderd wordt. Dat materiaal werd destijds geproduceerd met behulp van een 3D-printer en bestaande biomaterialen. Een recenter voorbeeld van het gebruik van biomaterialen is het biologische 3D-geprint implantaat met lichaamseigen stamcellen. Daarmee kan, bij groot bosletsel, amputatie voorkomen worden.
