ENGINEERINGNET.BE - 90% van de kandidaat-geneesmiddelen faalt zodra ze op mensen worden getest, deels omdat dierproeven niet goed voorspellen hoe medicijnen bij mensen werken.
Om dit te verbeteren, maken onderzoekers menselijk weefsel na in een lab, zogeheten in vitro-modellen.
Deze modellen bestaan vaak uit een 3D-geprint biomateriaal waarop menselijke cellen kunnen groeien. Deze modellen worden inmiddels veel gebruikt om de werking van geneesmiddelen op te testen, en in de regeneratieve geneeskunde.
Toch blijft het ontwikkelen van volledig functioneel weefsel een uitdaging. Dat komt vooral door een gebrek aan biomaterialen die de dynamiek van de omgeving van een cel goed kunnen nabootsen.
Die omgeving bestaat uit eiwitten en suikermoleculen die cellen ondersteunen, met elkaar verbinden en signalen doorgeven: de extracellulaire matrix. Ook moet het biomateriaal kunnen veranderen tijdens celgroei, dus ná het printen, en dat kan vaak niet met bestaande biomaterialen.
Promovendus Marc Falandt ontwikkelde daarom biomaterialen die een dynamische omgeving voor cellen vormen, en die ook na het 3D-printen kunnen worden aangepast, via 4D-bioprinten. Eerst maakte hij de 3D-structuur met volumetrisch printen, een techniek die met licht in één keer het hele model vormt in plaats van laag voor laag te printen.
Daarna voegde hij bioactieve moleculen toe met behulp van photografting. Hierbij wordt licht gebruikt om de moleculen vast te zetten op de belichte plekken.
Een van deze moleculen was een groeifactor die de vorming van bloedvaten stimuleert. In de delen waar deze groeifactor zat, bewogen de cellen actiever en drongen ze beter het materiaal binnen dan in andere delen.
Om de techniek toepasbaar te maken voor verschillende soorten biomaterialen, ontwikkelde Falandt een soort supplement, genaamd AddGraft.
Zodra dit supplement wordt toegevoegd aan een biomateriaal, kunnen biologische functies worden ingebouwd met behulp van 4D-photografting.
Daarnaast ontwierp hij een temperatuurgevoelige methode om de resolutie van het printen te verbeteren. Eerst werden grotere kanalen in het biomateriaal gemaakt om ze makkelijk met cellen te vullen, waarna het geheel door verwarming werd verkleind tot een natuurlijke schaal.
Ook ontwierp Falandt een innovatief biomateriaal dat de natuurlijke dynamiek van weefsel kan nabootsen, de extracellulaire matrix. Het nieuwe materiaal, genaamd Hybrigel, biedt stevigheid en bewegingsvrijheid voor cellen.
Falandt kreeg dit voor elkaar door te werken met bindingen tussen de moleculen die omkeerbaar zijn; ze laten los en vormen zich opnieuw afhankelijk van de omstandigheden, zoals temperatuur.
Zo ontstond een hydrogel waarin cellen zich vrij kunnen verplaatsen zonder dat de structuur instort. Het materiaal blijft dus stabiel én dynamisch.
“Zachte materialen zijn moeilijk in een specifieke vorm te houden, maar vorm is heel belangrijk voor functie”, aldus Falandt.
“Tegelijk kunnen veel cellen niet overleven in een harde omgeving. Deze nieuwe hydrogel lost dat probleem op.”
