Inhoud
- Hoe Bioprinting werkt
- Bioprinting op een chip
- Bioprinting en bottransplantaten
- Bioprinting en regeneratieve huid en weefsels
- Bioprinting bloedvaten
Hoe Bioprinting werkt
Een 3D-printer kan diepte geven aan alles wat hij afdrukt, en een bioprinter doet dit door biomaterialen zoals levende cellen, synthetische lijm en collageensteigers in lagen te verdelen om een object te maken. Dit proces wordt additieve productie genoemd: de materialen die in de printer worden ingevoerd, worden gestold zodra ze naar buiten komen om een 3D-object te maken.
Maar het is niet zo eenvoudig als materialen in een 3D-printer stoppen en op een knop drukken. Om in de fase van additieve productie te komen, moet de printer een blauwdruk ontvangen, een computergegenereerde afbeelding van wat hij probeert te maken. Vervolgens worden de materialen die u voor het object wilt gebruiken, in de printer ingevoerd. De printer leest het digitale bestand dat u het heeft gegeven, terwijl de materialen die u eraan heeft gegeven, in lagen worden afgedrukt om het gewenste object opnieuw te creëren. Elke laag zal afkoelen en aan elkaar blijven kleven (dankzij het collageen, de lijm of in sommige gevallen alleen de cellen zelf), waardoor een stevig, stabiel stuk ontstaat.
Om ervoor te zorgen dat de levende cellen (gewoonlijk bioink genoemd) worden ingevoerd in een bioprinter, zijn er een aantal routes die onderzoekers kunnen nemen. Ten eerste kunnen ze rechtstreeks worden overgenomen van de patiënt voor wie ze een bioprint gebruiken. Of, als ze worden gebruikt voor onderzoeksdoeleinden of in gevallen waarin ze de eigen cellen van een patiënt niet kunnen gebruiken, kunnen volwassen stamcellen worden gebruikt, omdat ze kunnen worden gemanipuleerd voor het type cellen dat nodig is voor bioprinting om weefsel te recreëren.
De blauwdruk die een bioprinter gebruikt, is vaak een scan van de patiënt. Hierdoor kan de bioprinter weefsel opnieuw creëren door naar de scan te verwijzen en dunne, nauwkeurige lagen te gebruiken om het weefsel op te bouwen of af te drukken.
Bioprinting op een chip
Een van de manieren waarop 3D-bioprinting momenteel wordt gebruikt in de wetenschappelijke en medische wereld, is voor het testen van regeneratieve geneeskunde. Bij het Wyss Institute van Harvard hebben onderzoekers een 3D-bioprinter ontwikkeld die gevasculariseerde weefsels van levende menselijke cellen kan produceren die op een chip worden geprint. Ze gebruiken dit weefsel op een chip om het te verbinden met een vasculair kanaal, waardoor onderzoekers het weefsel voedingsstoffen kunnen geven om de groei en ontwikkeling te volgen.
De mogelijkheid om weefsel op een chip te laten groeien, helpt onderzoekers bij het onderzoeken van nieuwe technieken in de regeneratieve geneeskunde en bij het testen van geneesmiddelen. Door gebruik te maken van een 3D bioprinter kunnen onderzoekers ook kijken naar verschillende methoden om chips te maken. Een prestatie was het creëren van een hart op een chip, met sensoren voor onderzoek en gegevensverzameling. Mogelijk waren hiervoor dierproeven of andere maatregelen nodig.
Bioprinting en bottransplantaten
Als het gaat om het beoefenen van medicijnen, is er nog veel te leren en te testen bij het maken van bioprint-organen die op menselijke maat zijn geschaald. Maar er worden flinke stappen gezet, zoals op het gebied van bottransplantatie, om problemen met botten en de gewrichten eromheen op te lossen.
De meest opvallende vooruitgang is afkomstig van onderzoekers van de Swansea University in Wales. De bioprinters van het team kunnen kunstmatige botmaterialen maken in specifieke vormen die nodig zijn met behulp van een regeneratief en duurzaam materiaal. Onderzoekers van AMBER Science Foundation Ireland en Trinity College in Dublin, Ierland hebben een proces ontwikkeld om 3D-bioprinting van botmateriaal te ondersteunen om te helpen bij defecten veroorzaakt door tumorresectie, trauma en infectie, evenals bij genetische botmisvormingen.
De Universiteit van Nottingham in Engeland heeft ook vooruitgang geboekt op dit gebied van de geneeskunde door een kopie van het bot dat ze vervangen te bioprinten en het te bedekken met stamcellen. De steiger wordt in het lichaam geplaatst. Na verloop van tijd wordt het met behulp van de stamcellen volledig vervangen door een nieuw bot.
Bioprinting en regeneratieve huid en weefsels
De huid is een succesvol gebied van de geneeskunde voor bioprinting vanwege het vermogen van de machine om tijdens het printen lagen te printen. Omdat de huid een meerlagig orgaan is, bestaande uit verschillende cellen binnen elke laag, hopen onderzoekers dat bioprinting na verloop van tijd kan helpen bij het reproduceren van de huidlagen, zoals de dermis en de epidermis.
Onderzoekers van de Wake Forest School of Medicine in North Carolina onderzoeken dit nauwgezet als het gaat om slachtoffers van brandwonden die niet genoeg onbeschadigde huid hebben om te oogsten om te helpen bij wondverzorging en genezing. In dit geval zou de bioprinter de wondinformatie van die patiënt van een scanner halen (inclusief diepte en benodigde celtypen) om te helpen bij het creëren van een nieuwe huid die vervolgens op de patiënt kan worden gebruikt.
Aan de Pennsylvania State University werken onderzoekers aan 3D-bioprinting die kraakbeen kan creëren om weefsel in de knieën en andere gebieden te helpen herstellen die vaak worden versleten door slijtage in het lichaam, evenals huid en andere weefsels van het zenuwstelsel die essentieel zijn voor de gezondheid van organen .
Bioprinting bloedvaten
De mogelijkheid om bloedvaten te recreëren met behulp van een bioprinter is niet alleen nuttig om ze rechtstreeks in een patiënt te kunnen transplanteren, maar ook voor het testen van geneesmiddelen en gepersonaliseerde geneeskunde. Onderzoekers van Brigham and Women’s Hospital hebben vooruitgang geboekt op dit gebied van de geneeskunde door agarosevezels te printen die als bloedvaten dienen. De onderzoekers ontdekten dat deze bioprinted bloedvaten sterk genoeg zijn om te bewegen en grotere netwerken te vormen, in plaats van op te lossen rond een bestaande structuur.
Een woord van Verywell
Het onderzoek dat voortkomt uit bioprinting is fascinerend, en hoewel er een grote vooruitgang is in kennis en winsten die zijn geboekt door het vermogen om botten, huid, bloedvaten, kraakbeen en zelfs organen te bioprinten, is er nog veel meer vooruitgang te boeken voordat velen van deze praktijken zijn aangepast in de geneeskunde.
Sommige zijn misschien eerder klaar dan andere. In het geval van bioprinting en huidonderzoeker hopen de wetenschap binnen vijf jaar klaar te hebben voor soldaten die uitgebreide brandwonden ervaren in de strijd. Andere gebieden van bioprinting, zoals het opnieuw creëren van organen die mensen kunnen gebruiken, hebben nog een lange weg te gaan in ontwikkeling.
Als het gaat om het nabootsen van de processen van het lichaam en het observeren van de interactie van bepaalde medicijnen in het grotere systeem van het lichaam, heeft bioprinting deuren geopend voor het verzamelen van gegevens en niet-invasieve manieren om te zien hoe het menselijk lichaam omgaat met bepaalde stoffen, wat zou kunnen leiden tot meer gepersonaliseerde geneeskunde voor de patiënt en minder bijwerkingen.