3D-printen van biologische structuren

Een toekomstige hippe gadget voor huishoudens is wellicht de 3D-printer, waarmee je zelf je eigen bouwsels kan maken. Laagje voor laagje wordt een structuur opgebouwd, meestal met een kunststof als “inkt”. Ook de biomedische wetenschap ziet toepassingen in deze techniek. Er is al een schedelimplantaat geprint en gebruikt om de beschadigde schedel van een patiënt te herstellen.

Recentelijk is men ook begonnen met het printen met levende cellen, de kleinste eenheid waaruit een organisme bestaat. Cellen kun je zien als de bouwsteentjes van een huis. Organen, weefsels (en dus mensen) zijn opgebouwd uit 3D-bouwsels van cellen. Cellen om mee te printen kun je verkrijgen uit stamcellen of uit een patiënt, en je kunt ze verder vermenigvuldigen in een bakje totdat er genoeg van zijn. De mogelijke toekomstige toepassingen zijn legio: het vervangen van cellen na bijvoorbeeld een hartinfarct en misschien zelfs uiteindelijk het vervangen van hele organen. Met retinacellen hebben onderzoekers al kunnen printen: een eerste stapje naar genezing van bepaalde typen blindheid?

Voordat het mogelijk is om een 3D-weefsel te printen zijn er nog veel hindernissen die overwonnen moeten worden. Niet alle cellen groeien goed buiten het lichaam. De 3D-structuur van een weefsel is ingewikkeld (denk alleen al aan de bloedvaten die er doorheen lopen), bovendien is het ook nog eens samengesteld uit verschillende bouwsteentjes. Het is een stuk gecompliceerder dan een hamburger van kweek-vlees maken!

Net als stenen in een huis worden cellen in een organisme bij elkaar gehouden door cement. Dat cement maken de cellen zelf. Afhankelijk van het type weefsel waarin zo’n bouwsteentje zich bevindt, is dat cement hard (zoals bij bot) of zachter (zoals bij huid). Bouwen kun je niet zonder cement, en dus moet er bij het printen van cellen ook cement aanwe-zig zijn, zodat die cellen niet als een pudding in elkaar zakken. Dat cement bestaat ook nog eens uit complexe moleculen, wat namaken lastig maakt. Net als bij een kleurenprinter zijn er meerdere cartridges nodig voor de verschillende typen cel-len en cement. Er zijn ongeveer 200 verschillende celtypes in het menselijk lichaam en ook nog veel soorten cement – er zouden heel wat cartridges nodig zijn om alle mogelijke weef-sels te kunnen printen.

Er is dus nog veel wat uitgezocht moet worden over deze veelbelovende techniek. Helaas voor de sciencefiction liefhebbers onder ons: een Frankenstein kan nu nog niet geprint worden.

 

Dr. Pascale Dijkers is Universitair Docent aan de afdeling Celbiologie van het Universitair Medisch Centrum Groningen (UMCG). Haar onderzoek heeft als doel om inzicht te krijgen in de communicatie tussen het immuunsysteem en hersenen in ouderdomsgerelateerde hersenziekten zoals Alzheimer.