Download het artikel in 
ENGINEERINGNET.BE - Professor Reinhilde Jacobs van de KU Leuven (Mond-, Kaak- en Aangezichtschirurgie - Beeldvorming & Pathologie, www.omfsimpath.be) sluit dit scenario zeker niet uit. “Maar het zal nog wel een hele tijd duren voordat we een lever van de mens kunnen 3D-printen. Dan praat je over een doorbraak die een potentiële Nobelprijswinnaar oplevert.”
Eerste markten zijn er
De wetenschap en de industrie boekten vooruitgang bij het 3D-printen van botstructuren en huidweefsel. Er zijn al de eerste toepassingen voor geprint kraakbeen met bloedvatstructuur. En rond het 3D-printen van weefsel ontstaat een hele industrietak. Vooral cosmetica- en farmareuzen zitten hierachter. Ze experimenteren met medicijntesten op 3D-geprinte huid.
Prellis Biologics schat dat de markt van 3D-bioprinten voor klinische toepassingen in 2020 al naar 20 miljard dollar groeit. De ontwikkeling gaat zo snel omdat huid en kraakbeen een relatief eenvoudige structuur hebben en homogene weefsels zijn. De industrie omarmt dit concept omdat ze dan geen dierproeven meer hoeft, maar vooral sneller kan testen. De komende 10 jaar moeten we echter nog geen patiëntentoepassingen verwachten.
Top 5 innovatieve universiteiten
De Leuvense hoogleraar en haar team richt zich op tandheelkunde en maxillofaciale operatieve ingrepen. Reuters klasseert de KU Leuven op een vijfde plek op de wereldranglijst van meest innovatieve universiteiten als het om maxillofaciale ingrepen gaat. Professor Jules Poukens was enkele jaren geleden de eerste in de wereld die een 3D-geprinte kaak implanteerde bij een patiënte. “Wat we nu doen, is een logisch vervolg”, zegt Jacobs. Haar team wil met stamcellen van de patiënt nieuwe tanden 3D-printen. Mostafa Ezeldeen, een van de onderzoekers in haar team, legde mede de basis hiervoor.
Een van de eerste doelgroepen zijn kinderen. Door een genetische fout worden sommige kinderen met vijf, zes en soms zeven tanden minder geboren. Daarnaast verliezen jaarlijks heel wat kinderen een van hun voortanden door vallen. Dit heeft zowel psychosociale, emotionele alsook functionele gevolgen, nog afgezien van het esthetische. Als autotransplantatie (een van de andere tanden verplaatsen) niet kan, willen de onderzoekers nieuwe tanden kweken, op basis van een 3D-geprinte tand met stamcellen van het kind.
De moeilijkheid is het vinden van het beste recept voor de individuele patiënt. Jacobs: “De complexiteit is dat tanden geen homogeen materiaal zijn: er lopen bloed- en zenuwbanen doorheen. Voor elke zenuw zijn er wel vijf soorten weefsel. En door de evolutie heeft elke tand zijn eigen functie ontwikkeld. Tandweefsel is vele malen ingewikkelder dan een kraakbeenstructuur voor de meniscus.” Het onderzoek is nog zo fundamenteel dat de richting waarin het zich ontwikkelt, best nog kan veranderen, meent Jacobs.
In het labo zijn er al testen gedaan, de ene keer met meer succes dan de andere keer. De eerste lagen printen gaat meestal goed, maar als je een tandwortel nabootst, bouw je een piramide uit PLA die stabiel en sterk genoeg moet zijn. “Het is haast net zo delicaat als een soufflé bakken. Als je niet het juiste recept hebt, zakt de soufflé in elkaar zodra je die uit de oven haalt.”
Kraakbeen 3D-printen
Het UMC Utrecht werkt eveneens aan biofabrication. Professor Jos Malda leidt er het Europees 3D-Joint project.
Hierin wil men bij de patiënt met gewrichtsletsel, bijvoorbeeld artritis, het verloren gegane kraakbeen regenereren met implantaten van 3D-geprinte levende cellen. De structuur wordt geprint met een combinatie van biocompatibele en afbreekbare polymeren, hydrogel en de cellen van de patiënt. Deze cellen gaan kraakbeen aanmaken dat in de structuur groeit en na verloop van tijd het polymeer verdringt.
Een van de uitdagingen bij bioprinting is dat de bio-inkt met levende cellen onvoldoende sterk is. Een lever die geprint wordt, moet zich daarna nog volledig ontwikkelen in een bioreactor. Om de tissues voldoende stevigheid te geven, combineert men in Utrecht extrusie printtechnologie met Melt Electrospinning Writing (MEW). Deze techniek print zeer dunne structuren waarin dan de levende cellen worden geplaatst. Zo werkt men in Utrecht ook aan het 3D-printen van leverweefsel.
Combinatie printtechnologieën
Een van de spelers op het vlak van bioprinting is het Zweedse Cellink. Erik Gatenholm, CEO: “De droom om organen te printen en functionele weefsels voor implantatie, dat is onze visie.” Zijn visie komt in 2019 een stap dichterbij nu Cellink de printtechnologie van Prellis Biologics combineert met de eigen printtechniek.
Dit Amerikaanse bedrijf 3D-print al biocompatibel microvasculair weefsel, de basis voor het toekomstig bouwen van grote, driedimensionale weefsels en organen. De laser belicht in X-, Y- en Z-richting een vloeistof met biopolymeren. Met een hoge nauwkeurigheid van 0,5 micron worden structuren van 5 tot 10 micron geprint. Cellink combineert deze technologie met de eigen extrusietechnologie.
In het eerste kwartaal van 2019 komt de Holograph X Bioprinter op de markt. Gatenholm: “De technologie van Prellis biedt de mogelijkheid om zeer dunne structuren te printen; onze Cellink-technologie daarentegen print grotere, biologische tissues. Gecombineerd kunnen we een stevige grote structuur met vasculair weefsel printen.”
Hij geeft als voorbeeld het printen van een stukje huid: de Cellink-technologie zet de grote structuur neer waarbinnen de Amerikaanse techniek de dunne bloedvaten print. Door de technieken te combineren in één machine kan men nu ook vanuit één designfile werken. Er is nog steeds ontwikkelwerk nodig.
Toch denkt Gatenholm dat men met de combinatie dichterbij het einddoel komt. Het vasculair weefsel is noodzakelijk om functionele menselijke weefsels voor transplantatie te bouwen. Prellis Biologics zelf ziet op korte termijn toepassingen als de productie van multicellulair weefsel voor medicijnontwikkeling, metabolische onderzoeken in menselijk weefsel die momenteel niet mogelijk zijn buiten fase 1 klinische proeven en op termijn ook huid, hartweefsel.
Bioprinten
Terug naar Leuven. Het 3D-printen van tandweefsel is onderdeel van de digitalisering van de tandheelkundige zorg en dat kun je doortrekken naar de hele zorg en tal van andere beroepen. Professor Jacobs: “Het lijkt allemaal sciencefiction, maar vroeg of laat komt het eraan. Dan gaat men gezonde cellen nog vlug redden om daarmee een kloon te fabriceren.”
Ethische discussies spelen daarbij zeker een rol. Zij wijst echter op parallelle ontwikkelingen in de genetica. “Alles wat we 20 jaar geleden abnormaal vonden, zoals proefbuisbaby’s, gebeurt nu dagdagelijks. We moeten nog twee tot drie decennia wachten en dan is bioprinten gewoon.”
Door Frank Coenen
