Om levende weefsels of zelfs organen te maken in het lab worden allerlei materialen gebruikt om de (levende0 cellen houvast en structuur te geven. Daarbij is de vorming van bloedvaten wezenlijk voor de aanvoer van voedingsstoffen en zuurstof voor de cellen. Onderzoekers van de Amerikaanse Rice-universiteit hebben nu suiker gebruikt om bloedvaten te printen. In vijf minuten hebben ze zo een mooi stuk voetenwerk. Wie biedt meer?
Zo’n bloedvatenstelsel maken is voor natuurlijke organismen een koud kunstje, maar wij mensen hebben er de grootste problemen mee. Je moet zorgen dat allen cellen in je in het lab gekweekte weefsel goed worden voorzien van zuurstof en voedingsstoffen anders kun je wel gedag zeggen tegen je kweekproduct.
Jordan Miller begon met extrusieprinten tijdens zijn postdoc aan de universiteit van Pennsylvania. Toen hij in 2013 naar Rice verhuisde kwam het lasersinterproces er bij. “Het proces dat we hier ontwikkelden is alsof je heel precies een crème brûlée gaat maken”, zegt Miller. Het fijne werk wordt gedaan door die laser die de suikerkorreltjes aan elkaar brandt.

Vaak is 3d-printen een extrusieproces waarbij een ruimtelijk object laag voor laag wordt opgebouwd uit gesmolten materiaal dat vervolgens stolt. Bij deze techniek gebeurt dat met vaste suikerpoeder, waarbij elke laag door de laser wordt ‘samengebrand’ (gesinterd). Zo zou je volgens Miller structuren kunnen maken die met de smelttechniek niet mogelijk zijn. Miller: “Structuren die overhangen, vertakte en meeraderige netwerken kun je met extrusieprinten (spuitgieten in heet Nederlands; as) niet goed maken.” Suiker is ook prettig materiaal om mee te werken omdat, mits droog bewaard, lang houdbaar is en het materiaal lost prima op in water zonder de cellen te beschadigen.
Om weefsels te maken werd eerst van gebrande suikers een mal gemaakt en vervolgens werd de ruimte daar omheen opgevuld met levende cellen in een hydrogel. Die gel is binnen een paar minuten halfvast. Vervolgens wordt de suiker verdreven door oplossing zodat de cellen voorzien kunnen worden van zuurstof en voedingsstoffen. “Een belangrijk voordeel van deze aanpak is de snelheid waarmee je willekeurig welke structuur kunt maken”, zegt medeonderzoeker Ian Kinstlinger. “We kunnen zelfs de grootste weefsels in minder dan vijf minuten maken.”

Suiker en algorimtes

Volgens Miller heeft dit onderzoek twee vragen beantwoord: Kunnen we van suikers een samenhangend verband maken? en Kunnen algoritmes een structuur ‘bedenken’ die lijkt op de architectuur van de natuur? Dat algoritme werd ontwikkeld door het ontwerpbureau Nervous System (zenuwstelsel maar ook nerveus systeem) dat algoritmes ontwikkeld om kunst, juwelen maar ook huisraad te ontwerpen op basis van natuurlijke patronen.

De onderzoekers experimenteerden met bloedvatwand- en levercellen. Die laatste cellen zouden moeilijk buiten het lichaam inleven te houden zijn. “Deze methode zou voor veel meer zaken gebruikt kunnen worden dan andere bioprinttechnieken” zegt Kelly Stevens van de universiteit van Washington die vooral in het experiment met de levercellen geïnteresseerd was. “Die is ongelooflijk veelzijdig.”
Miller denkt aangetoond te hebben dat met ‘zijn’ systeem om bloedvaststelsels te maken om grote hoeveelheden weefsel voor onderzoeksdoeleinden te kweken die lang genoeg in leven gehouden kunnen worden. Of Miller ook denkt aan het kweken van levensechte organen vertelt het persbericht niet. Setvens houd zich er in elk geval wel mee bezig.

Bron: EurekAlert