bioprinten

De 3D-printer is hot en de mogelijkheden zijn eindeloos. Bij de Universiteit Utrecht weten ze daar alles van. Daar wordt momenteel gewerkt aan een experimentele weefselfabriek: een laboratorium met speciale 3D-printers die levende weefsels fabriceren.

Als we trendwatchers moeten geloven, hebben 3D-printers de toekomst. In elk huis is er in de toekomst eentje te vinden. En ze zullen voor de meest uiteenlopende doeleinden gebruikt worden. Cadeautje nodig? Pen kwijt? Vaas kapot? Ctrl-P: opgelost! En daarmee zal de 3D-printer op huis-tuin-en-keuken-niveau heel wat brandjes blussen. Maar de échte doorbraken van de 3D-printer worden toch op een heel ander vlak verwacht: de geneeskunde.

Kanker
Artsen en 3D-printers: het lijkt misschien in eerste instantie niet zo’n logische match. Toch beginnen 3D-printers hun plekje in de geneeskunde al te veroveren. Recent werd met behulp van een 3D-printer bijvoorbeeld een spalkje vervaardigd dat het leven van deze baby redde. En in het VU Medisch Centrum worden 3D-printers gebruikt om patiënten met oppervlakkige tumoren effectiever te kunnen bestralen.

Nog een manier om de 3D-printer binnen de geneeskunde te benutten. Onderzoekers printen een vaatstructuur van bioafbreekbaar plastic. Vervolgens kunnen ze op die structuur onder meer cellen 'zaaien'. Afbeelding: Jetze Visser et al 2013 Biofabrication 5 035007

Nog een manier om de 3D-printer binnen de geneeskunde te benutten. Onderzoekers printen een vaatstructuur van bioafbreekbaar plastic. Vervolgens kunnen ze op die structuur onder meer cellen ‘zaaien’. Afbeelding: Jetze Visser et al 2013 Biofabrication 5 035007.

Levende weefsels
Maar als het aan de Universiteit Utrecht en het UMC Utrecht ligt, gaan we nog een stap verder en blijft het dus niet bij het printen van geneeskundige hulpmiddelen. Nee, Utrechtse onderzoekers willen levende weefsels gaan printen die gebruikt kunnen worden om bijvoorbeeld kraakbeen en botten te herstellen. “In plaats van af te wachten tot een gewricht nauwelijks meer te gebruiken is, kijken we hoe het natuurlijke herstelvermogen van het lichaam kan worden gestimuleerd of gesimuleerd met een stukje bot of kraakbeen dat laagje voor laagje is gemaakt met behulp van een bioprinter,” legt professor Wouter Dhert, voorzitter van het onderzoeksprogramma Regeneratieve Geneeskunde en Stamcellen uit. Het printen van levende weefsels: het is grotendeels nog onontgonnen terrein. Maar in Utrecht willen ze daar verandering in brengen. Aan de Universiteit Utrecht wordt momenteel een ‘Biofabrication Facility‘ gerealiseerd. Een hightech faciliteit waarin geëxperimenteerd gaat worden met de bioprinter.

“De onderzoekers printen met een water-gebaseerde inkt waarin zich levende cellen bevinden”

Bio-inkt
“Het 3D-printen zit enorm in de lift en het bioprinten lift daar op mee,” vertelt onderzoeker Jos Malda aan Scientias.nl. Hoewel er de nodige overeenkomsten zijn tussen de gewone 3D-printer en de bioprinter – zo bouwen ze objecten beiden laagje voor laagje op – kan de techniek van de gewone 3D-printer niet zomaar klakkeloos door de bio-printer worden overgenomen. “Een normale 3D-printer bouwt laag voor laag op en doet dat met behulp van hele hoge temperaturen,” vertelt Malda. Daarnaast maken deze printers vaak gebruik van giftige stoffen. “Cellen overleven dat niet.” Daarom moeten speciale printers, technieken en biomaterialen ontwikkeld worden om levende weefsels te printen. Inmiddels is er een bioprinter en heeft Malda samen met collega’s een speciale bio-inkt ontwikkeld. Dit is een water-gebaseerde inkt met daarin levende cellen. Die inkt wordt laag voor laag opgespoten en kan gevuld worden met specifieke celtypes of stamcellen en vervolgens ‘rijpen’ tot een weefsel. Welk type weefsel dat wordt, is afhankelijk van de (stam)cellen die de onderzoekers gebruiken. “De belangrijkste uitdaging is om materiaal te ontwikkelen dat net als echt weefsel waterig is, maar tegelijkertijd stevig genoeg is om te bouwen.”

Het stappenplan
“Momenteel zitten we puur in de experimentele fase,” benadrukt Malda. “Wat we nu kunnen, is cellen tijdens het printen in leven houden.” Het is een veelbelovende eerste stap. En het smaakt naar meer. “In eerste instantie is dit een goede manier om georganiseerde stukjes biologie beter te kunnen bestuderen. Een volgende stap zou zijn om dit met zieke cellen en patiënteigen cellen te doen en te bestuderen hoe die weefsels op bepaalde behandelingen reageren. Een derde stap is het fabriceren en vervolgens transplanteren van weefsels, bijvoorbeeld om bot of kraakbeen te herstellen.”

Toekomstmuziek
Het laatstgenoemde scenario is nog wel ver weg, zo stelt Malda. “Het kan nog wel tien tot vijftien jaar duren.” Want eerst moeten nog de nodige hindernissen genomen worden. “Wij kunnen alle cellen wel op de juiste plek leggen, maar vervolgens moet het geheel ook nog functioneren. Cellen moeten met elkaar gaan communiceren. En dat is nog een uitdaging: zorgen dat het stukje geprinte weefsel rijpt en zo de functie van het oorspronkelijke weefsel kan overnemen.”

Het mag duidelijk zijn: ook in de geneeskunde is een roemrijke toekomst voor de 3D-printer weggelegd. Maar dat vraagt om meer onderzoek én hooggeschoolde biomedische engineers. Vandaar dat de Universiteit Utrecht naast het ontwikkelen van een ‘experimentele weefselfabriek’ ook investeert in een opleiding voor mensen die later met deze bioprinters grootse dingen mogen gaan doen.