Driedimensionaal bioprinten kan de geneeskunde ingrijpend veranderen. Het biedt de mogelijkheid om menselijk weefsel in het laboratorium na te maken

Is het mogelijk om in het laboratorium een menselijke alvleesklier te maken die, net als een echte, hormonen afscheidt? Universitair hoofddocent Riccardo Levato ontving een ERC Consolidator Grant van ongeveer 2,3 miljoen euro om dit in vijf jaar werkelijkheid te maken. Daarbij bouwt hij voort op een baanbrekende technologie die zijn team aan het UMC Utrecht en de Universiteit Utrecht ontwikkelde: een 3D-bioprinter die niet alleen weefsels print, maar ze ook observeert en mede-ontwerpt, geholpen door kunstmatige intelligentie.

Driedimensionaal bioprinten kan de geneeskunde ingrijpend veranderen. Het biedt de mogelijkheid om menselijk weefsel in het laboratorium na te maken, maar momenteel ontbreekt het aan manieren om geprinte cellen tijdens hun ontwikkeling te volgen en te sturen. Daardoor is het moeilijk om weefsels te maken die werkelijk lijken op natuurlijke structuren. Als we beter leren hoe we de groei en organisatie van geprint weefsel kunnen observeren én beïnvloeden, komt het herstellen van beschadigd weefsel, het testen van nieuwe medicijnen en zelfs het vervangen van hele organen een stuk dichterbij.

3D-printer met ‘ogen’ en ‘hersenen’ 
Na het ontvangen van een ERC Starting Grant in 2020, ontwikkelden Riccardo Levato en zijn team een baanbrekende technologie die deze problemen aanpakt. GRACE is een nieuwe generatie 3D-bioprinter die levend weefsel niet alleen print, maar ook continu bekijkt en verder ontwerpt. Tijdens het printen gebruikt GRACE geavanceerde laserbeeldvorming om te ‘zien’ wat cellen doen. Vervolgens zet de printer kunstmatige intelligentie in om weloverwogen keuzes te maken over de opbouw of aanpassing van de cellulaire omgeving, bijvoorbeeld door nauwkeurig een netwerk van bloedvaten rond cellen te ontwerpen. De printer beschikt zo als het ware over zijn eigen ‘ogen’ en ‘hersenen’. 

Voortbouwen op GRACE 
Met de nieuwe ERC Consolidator Grant kan Levato deze technologie verder brengen richting toepassingen in de geneeskunde. Daarvoor moeten onderzoekers eerst beter begrijpen hoe geprinte cellen groeien, veranderen en zich organiseren. Dit proces, de zogeheten rijping, bepaalt of cellen uitgroeien tot stabiel, functionerend weefsel dat zich gedraagt zoals in een echt orgaan. 

Begrijpen en sturen 
In het project, genaamd SMART-AGENT, werkt Levato’s team aan drie centrale doelen. Ten eerste wordt de printer uitgerust om verschillende celtypen te herkennen en essentiële informatie te verzamelen, zodat hij tijdens het printen slimme beslissingen kan nemen. Ten tweede ontwikkelen de onderzoekers methoden om celgedrag rechtstreeks te sturen door gen- en eiwitactiviteit te beïnvloeden, via lichtgestuurde synthetische biologie en optogenetica.

Werkend menselijk alvleeskliermodel 
Tot slot test het team de technologie door een doorbloed menselijk alvleeskliermodel te maken dat hormonen afgeeft, net als een echte alvleesklier. Zo’n model is een krachtig hulpmiddel voor onderzoek naar de alvleesklier en voor het testen van nieuwe diabetesbehandelingen. “Ik heb er alle vertrouwen in dat we een dergelijk model kunnen realiseren,” zegt Levato. “Maar ons doel gaat verder: We willen een stappenplan ontwikkelen voor de productie van doorbloede weefsels van elk type, ondersteund door een 3D-printer die cellen actief begeleidt in hun groei en ontwikkeling.” 

Bron: UMC Utrecht