Bioprocestechnoloog Jos Malda van UMC Utrecht repareert bot- en kraakbeendefecten met een 3D-bioprinter

Een compleet nieuw weefsel laten groeien kost tijd, veel tijd. En misschien gaat het wel nooit lukken. Hele weefsels printen op basis van levende celblokjes lijkt echter een goed alternatief. Bioprocestechnoloog Jos Malda zag in het bioprinten een aantal jaar geleden een kans die hij met beide handen heeft aangegrepen.

14 april 2016

En met succes. Het UMC Utrecht beschikt inmiddels over een aparte biofabrication facility, die helemaal gericht is op het 3D-printen. Malda zelf houdt zich vooral bezig met het repareren van bot- en kraakbeendefecten. Maar wat maakt de bioprinter dan zo geschikt voor het repareren van die schade? Natuurlijk bot en kraakbeen hebben een gelaagde structuur en juist die structuur kun je met een 3D-printer heel mooi neerleggen.

De bioprinter aan het werk. Laagje voor laagje wordt het materiaal neergelegd.
UMC Utrecht

Fleecetrui

Als ‘inkt’ gebruikt Malda een hydrogel gevuld met stamcellen, kraakbeenvormende cellen of een combinatie van beide, aangevuld met groeifactoren. De cellen in de gel moeten gedurende het printproces en ook daarna in leven blijven. In de hydrogel wordt een ideale omgeving voor de cellen gecreëerd.

“Die hydrogel is slap, een beetje gelatine-achtig”, vertelt Malda. “Daar kun je natuurlijk niet op lopen, dus hebben we binnen het NIRM-project geprobeerd om er slimme dingen mee te doen zodat het materiaal meer stevigheid krijgt. We probeerden de gel eerst te printen op een raster van dikke vezels, een soort gewapend beton.” Dat was wel stevig, maar er was relatief veel van die bewapening nodig waardoor het implantaat niet meer echt flexibel was. De vezels moesten dus dunner. Malda: “We slaagden erin om dunne vezels te maken, vergelijkbaar met de vezels van een fleecetrui. Die dunne vezels zijn op zich niet stevig, maar dat verandert als je ze samen met de hydrogel print. De krachten die op de vezels komen te staan, houden de hele constructie bij elkaar. Eén plus één is in dit geval geen twee, maar vijftig.”

De bioprinter zoals hij in de *biofabrication facility* staat. De printer wordt niet alleen gebruikt voor orthopedisch onderzoek, maar is breed inzetbaar.
UMC Utrecht

Mechanismen ontrafelen

Malda maakt nu implantaten met een combinatie van dikke en dunne vezels. De dikke vezels zijn meer geschikt voor de vorming van bot, de dunne voor de vorming van kraakbeen. Door het weefsel te printen in combinatie met steunmaterialen kan hij er ook al vormen van maken, zoals bijvoorbeeld schijfjes of buisjes. Die vooruitgang maakt de geprinte implantaten klaar voor een eerste test. Malda en zijn team probeerden de gehele schouder van een konijn te vervangen door geprint weefsel. Of dat is gelukt, blijft nog even spannend. De resultaten worden in de komende maanden geëvalueerd. De volgende vijf jaar is er nog financiering voor dit onderzoek. Deze gewrichtsvervangende experimenten krijgen dus zeker een vervolg.

De groep van Malda is steeds beter in staat om verschillende weefsels te maken. Maar begrijpen ze nu ook precies waarom een stamcel het ene moment een spiercel wordt en het andere moment een botcel? Malda: “Dat inzicht krijgen we steeds meer. Maar het is helaas nog niet zo dat een stamcel in iedere situatie bot vormt, als jij dat graag zou willen.”