Onderzoekers van de Universiteit Utrecht en het UMC Utrecht (UMC) ontwikkelen een 3d-printer die binnen enkele minuten een deel van het menselijk lichaam kan namaken, inclusief levende cellen. Daarmee wordt het mogelijk individuele modellen van delen van een patiënt te maken, bijvoorbeeld om buiten het lichaam geneesmiddelen te testen.
De Utrechtse onderzoeker Riccardo Levato, specialist op gebied van ‘biofabrication’ en regeneratieve geneeskunde, werkt aan een techniek die volumetrisch bioprinten heet. Hij doet dit samen met collega’s van de technische universiteit van Lausanne. Hoewel nog in ontwikkeling is Riccardo’s bioprinter volgens de Universiteit 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. Daarmee kan hij een eigen onderzoeksgroep opstarten en geavanceerde apparatuur aanschaffen.
De bioprinter bouwt het 3d-model niet op in laagjes, maar komt het 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. ‘Dat beeld, het lijkt op een hologram, wordt vrijwel meteen hard. Niet laagje voor laagje’, zegt Levato.
Een klassieke 3d-printer is als een banketbakker die laagje na laagje een taart opmaakt. De printer spuit een sneldrogend plastic in een tweedimensionale vorm op een oppervlak, waarna er een tweede laagje volgt, enzovoort. Na uren laagjes stapelen staat daar het resultaat: van schaakstuk tot Domtorentje. Ook medische wetenschappers proberen deze klassieke laagjesmethode al jaren toe te passen door protheses of zelfs hele organen te printen. Maar hoewel 3d-printers intussen overweg kunnen met lichaamsvriendelijke, flexibele materialen die levende cellen bevatten, blijft het laagjesprincipe – net zoals het opmaken van een slagroomtaart – een tijdrovend proces, waarbij de overlevingskans van de cellen sterk vermindert.
Met de nieuwe manier van 3d-printen lukt het om bliksemsnel driedimensionale objecten te printen zoals een hartklep, een stuk van een dijbeen of een meniscus. De onderzoekers kunnen aan de gel zelfs lichaamseigen stamcellen toevoegen. Dat stelt onderzoekers in staat om delen van een patiënt snel en nauwkeurig na te bouwen, zodat ze biologische processen buiten het lichaam kunnen bestuderen.
‘Wij denken in eerste instantie aan individuele modellen, zodat we bij ziekte meer te weten kunnen komen over een specifieke patiënt’, zegt Levato. 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.
Uiteindelijk hoopt de Utrechtse onderzoeker dat zijn bioprinter organische protheses kan maken van lichaamseigen materiaal. ‘Dankzij de subsidie hopen we de techniek zo ver te hebben ontwikkeld dat een 3d-model van een bot, inclusief beenmerg, uit de printer rolt. Wij willen het model zo natuurgetrouw mogelijk printen, inclusief beenmergcellen die witte en rode bloedcellen aanmaken.’
Hoewel Levato nog maar net is begonnen met het project, denkt hij nu al na over de volgende stap. Nu het mogelijk is om individuele modellen te maken, is de vraag hoe complex die moeten zijn. Daarbij krijgt hij hulp van collega’s. ‘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 de Universiteit Utrecht, het UMC Utrecht en het hele Utrecht Science Park.’
