ENGINEERINGNET.BE - Bij 3D-bioprinten maken onderzoekers functionerende weefsels en organen van levende cellen. Doel is om cellen op zo’n manier te printen dat ze samen een functionerend weefsel vormen.
Hiertoe ontwikkelde het team van Riccardo Levato een speciale bio-inkt, een mix van voedzame gels en cellen die de cellen beschermt tijdens het printproces. Hiermee is laag-voor-laag 3D-bioprinten mogelijk. Maar dit kost veel tijd en geeft veel stress op de cellen.
Daar bedachten de Utrechtse onderzoekers een oplossing voor: volumetrisch bioprinten. Dit is sneller én vriendelijker voor cellen. Door middel van laserlicht wordt binnen tientallen secondes een print gemaakt.
“Om een object te maken, richten we een reeks lichtprojecties op een ronddraaiende buis met daarin de cellen opgenomen in een lichtgevoelige gel. Op de plekken waar het licht samenkomt, verhardt het materiaal,” aldus Levato. “Zo ontstaat er in één keer een volledig 3D-object, zonder dat we de cellen hoeven aan te raken.”
Hiervoor is het belangrijk om een goed beeld te hebben van waar welke cellen zich bevinden in de lichtgevoelige gel. Promovendus Sammy Florczak bouwde dus een nieuw apparaat in een gespecialiseerd laboratorium, met behulp van geavanceerde lasertechnologieën.
Met dit type Generative, Adaptive, Context-Aware 3D-printing (GRACE) ziet de printer waar de cellen zich bevinden en ontwerpt binnen enkele seconden een netwerk van bloedvaten rond die cellen, zo efficiënt mogelijk.
“Voorheen was het printproces altijd afhankelijk van de ontwerper van de blauwdruk. GRACE denkt ook zelf mee aan het ontwerp,” legt Florczak uit.
“De printer ziet nu welke cellen er in het printmateriaal zitten en waar deze zich bevinden. Vervolgens gebruikt de printer deze informatie en maakt, door middel van AI-tools, een passend ontwerp voor het te printen object. Dit levert weefsels op die beter overleven én beter functioneren.”
De nieuwe technologie is ook in staat om meerdere printstappen automatisch op elkaar af te stemmen. Denk bijvoorbeeld aan een geprint stuk botweefsel waarop later nog een laag kraakbeen moet worden toegevoegd.
Normaal is dat een lastig proces waarbij veel handwerk komt kijken. GRACE scant het bestaande weefsel en ontwerpt en print er automatisch een tweede laag bovenop die perfect past.
Levato benadrukt dat verder onderzoek nodig is om te bepalen hoe geprinte cellen kunnen uitgroeien in weefsel dat de functie van natuurlijk weefsel kan vervangen.
“We werken nu aan het vergroten van het aantal cellen dat geprint kan worden, zodat ook andere weefsels zoals hart en lever geprint kunnen worden. Ook willen we deze techniek openlijk toegankelijk maken voor andere laboratoria, zodat zij het kunnen toepassen op hun eigen printmethodes.”
