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

Reageer of publiceer aanvullende informatie

Mis ook dit niet... Interacties waargenomen tussen Rydbergatomen en gevangen ionen Natuurkundigen van het Institute of Physics (Universiteit van Amsterdam) hebben aangetoond dat deze twee bouwstenen voor quantumcomputers op een nuttige manier zijn te combineren. Inliner voor tankcontainers voorkomt schoonmaken en laadrestricties De plaatsing van een kunststof zak (inliner) in de tankcontainer, voorkomt de stap naar een cleaning station: een grote besparing. Zo'n maagdelijke tank maakt ook laadrestricties overbodig. Global Sea Mineral Resources kiest voor verantwoord diepzeeonderzoek Global Sea Mineral Resources (GSR) onderzoekt de ontginning van polymetallische knollen sinds 2012. Hiervoor werken ze samen met wetenschappers van verschillende universiteiten wereldwijd. Oplosmiddel creëert 2 halfgeleiders uit 1 polymeer Een internationaal onderzoeksteam ontwikkelde een methode om twee halfgeleiders uit één polymeer te maken, door het oplosmiddel te veranderen waaruit de polymeerfilm gemaakt wordt. Open IoT-platform moet Waals energienetwerk uitbalanceren De Waalse energieverdeler ORES doet een beroep op het open IoT-platform MindSphere van Siemens voor haar E-Cloud-project in de economische zone ZAE in Doornik. Nieuw Europees netwerk stimuleert industriële toepassing lignine LignoCOST is gericht op de ontwikkeling van een pan-Europees netwerk, dat de totale waardeketen bestrijkt van lignine: van grondstof tot rendabele en duurzame eindproducten. 1,7 miljoen euro extra VLIF-steun voor praktijkonderzoek Dit bedrag gaat naar tien innovatieve investeringen in praktijkcentra voor land- en tuinbouwonderzoek, zoals het Proefcentrum Hoogstraten, Inagro en het Landbouwcentrum voor Voedergewassen. Group Machiels neemt meerderheidsparticipatie in Waterleau Het doel van deze participatie is om cruciale technologie inzake waterzuivering verder te verankeren in België en deze ook wereldwijd te vermarkten, in eerste instantie in Zuid-Amerika. Onderzoekshub “Green Energy Park” officieel opgericht Initiatiefnemers VUB en UZ Brussel hebben Green Energy Park officieel opgericht. Dit moet een grootschalige proeftuin worden, waar gezocht zal worden naar innovatieve en duurzame oplossingen Thales Alenia Space bouwt telecomsatelliet voor Indonesië Indonesië koos Thales Alenia Space voor ontwerp, productie en exploitatie van een nieuwe tele­communicatie­satelliet: SATRIA. Belgische vestigingen van dit bedrijf leveren ook technologie. Belgisch Solar Team heeft nieuwste zonnewagen voorgesteld Negentien ingenieursstudenten van de KU Leuven hebben hun splinternieuwe zonnewagen voorgesteld. Deze werd in één jaar tijd ontworpen, geproduceerd en geassembleerd.

SIMATIC PCS neo: nieuwe normen voor procesautomatisering Siemens stelt nieuwe normen in de procesautomatisering en presenteerde op de Hannover Messe 2019 een innovatief, webbased Process Control System voor alle industrieën. SIMATIC PCS neo is gloednieuwe systeemsoftware die bedrijven in de procesindustrie unieke mogelijkheden biedt in het tijdperk van digitalisering. >> Wijzigingen in KUKA sales team Danny Fenucci wordt accountmanager voor Oost-en West- Vlaanderen, Antwerpen, Brabant en Henegouwen; Wouter Van Moll wordt accountmanager voor Limburg, Luik, Namen, Luxemburg en Nederlands Limburg; Maarten Daemen wordt accountmanager voor de automobielindustrie met een sterke focus op press linking. >> Topjobs op Engineeringnet Onze Belgische jobboard 'Engineeringnet TopJobs' onderscheidt zich door specialisatie. We bieden u als recruiter een platform met uitsluitend technische bezoekers aan (knelpuntberoepen!). Dat is een doelgroep die via andere kanalen zéér moeilijk bereikbaar is.