Voor het eerst hebben wetenschappers embryonale stamcellen gebruikt om een weefsel te ‘printen’ in drie dimensies. Dat is een stap in de richting van het maken van kunstmatige organen. Die kunnen dienen voor het testen van medicijnen en uiteindelijk misschien wel levens redden.
Al jaren proberen wetenschappers werk te maken van kunstmatige organen. Daarin worden verschillende soorten biologische cellen zo geplaatst dat ze kunnen samenwerken en de functie van het orgaan natuurgetrouw volbrengen.
Kunstorganen blijken lastig te maken maar wetenschapper van de Heriot-Watt-universiteit in Edinburgh en het bedrijf Roslin Cellab hebben een stap voorwaarts gezet. Ze ontwikkelden een techniek waarmee ze menselijke embryonale stamcellen kunnen ‘printen’ in bolletjes van verschillende grootte. Die zouden van pas kunnen komen in het opbouwen van kunstmatige weefsels. De resultaten werden vorige week gepubliceerd in het tijdschrift Biofabrication.
Het printen van de bolletjes lijkt op de techniek die inkjetprinters gebruiken. Door kleine kanaaltjes worden daarbij druppeltjes inkt op het papier gespoten. Ook de stamcellenprinter spuit – zonder een hoge druk te gebruiken – druppeltjes op een oppervlakte.
De printer gebruikt twee verschillende spuitkanaaltjes. Uit een kanaal komt een vloeistof met voedingsstoffen voor de cellen. Een tweede kanaal wordt gebruikt om een gewenst aantal cellen toe te dienen aan de druppeltjes van het eerste kanaal. Door gebruik te maken van twee verschillende kanalen kunnen er gemakkelijk even grote druppeltjes worden gemaakt met verschillende aantallen cellen.
De geprinte druppeltjes met daarin de stamcellen.
Heriot-Watt University EdinburghNa verloop van tijd klonteren de cellen in de druppeltjes samen onder invloed van de zwaartekracht. Eenmaal bij elkaar groeien ze aan elkaar om zo kleine bolletjes weefsel te vormen. De grootte van zo’n bolletje is afhankelijk van aantal cellen dat in de druppel is geprint. De wetenschappers wisten celbolletjes van tussen de 0,25 en 0,6 millimeter groot te fabriceren. De kleinste bolletjes bestaan uit 5 stamcellen, de grootste uit 140.
Te delicaat om te printen
Hoewel er bij het maken van kunstmatige organen al jaren successen worden geboekt, werden er tot nu toe nooit embryonale stamcellen gebruikt. De cellen zijn bijzonder handig omdat ze in theorie een oneindig aantal keren kunnen delen en vervolgens nog in alle andere celtypes kunnen differentiëren.
Dat is een gave die andere cellen niet (meer) hebben. Een niercel kan bijvoorbeeld niet in een levercel veranderen. De voordelen van het gebruik van embryonale stamcellen ten spijt, bleken ze tot nu toe te delicaat te zijn voor printen.
Dat probleem wisten de Britten te omzeilen door een relatief grote spuitkanaal te gebruiken, waardoor de cellen zo min mogelijk stress ondervinden als ze worden geprint. Bovendien bevinden de cellen zich gedurende het hele printproces in een oplossing van voedingsstoffen.
De cellen bleken tot drie dagen na het printen nog in goede conditie te verkeren. Bijna 90 procent van de stamcellen was nog in leven.
De wetenschappers zijn ook tevreden over de snelheid van hun apparaat. Hoewel hun printer de gemiddeld inktjet niet zal verslaan in het ‘aantal pagina’s per minuut’, was hij in staat 40 verschillende druppeltjes per seconde op een plaat aan te brengen. Een aantal wat met handmatige toediening nooit bereikt zal worden.
Weg met het proefkonijn
Hoewel het printen van transplanteerbare organen waarschijnlijk nog (verre) toekomstmuziek is, zouden de geprinte weefsels al sneller hun weg naar toepassing kunnen vinden. De wetenschappers opperen accuratere modellen voor het testen van medicijnen en giftige stoffen. Dat zou het aantal dierproeven kunnen terugdringen en uiteindelijk misschien wel het pensioen van het proefkonijn kunnen inluiden.