Menselijke organen uit de 3D printer

Mijn broertje is geboren met een hartafwijking. Gelukkig wisten de dokters snel wat het probleem was en was de operatie voldoende om hem weer te genezen. Helaas is een operatie alleen niet altijd genoeg. Zo zijn er mensen die zelfs een heel nieuw hart nodig hebben. En zo zal jij ook wel iemand kennen die eigenlijk wel een hart of misschien wel een nieuw paar longen kan gebruiken. Stel je nu voor dat wij die mensen een nieuw orgaan cadeau kunnen doen. Dat klinkt toch als muziek in de oren? Ook veel onderzoekers zijn hier enthousiast over en hebben er zelfs hun baan van gemaakt. In het laboratorium 3D printen zij kleine stukjes weefsels die stapje voor stapje steeds meer lijken op echte menselijke organen. Benieuwd hoe zij dit doen? Lees dan verder. 

Je zal het je nu misschien wel afvragen: waarom is het nodig om menselijke organen zelf te maken? Want we hebben toch al orgaandonoren? Dit klopt. Maar het tekort aan orgaandonoren is een groot probleem. Zo staan er op dit moment in Nederland 127 mensen op de wachtlijst voor een nieuw hart. Dit terwijl er ongeveer maar 30 harten beschikbaar zijn per jaar via orgaandonoren. Om meer orgaandonoren te krijgen heeft onze regering afgelopen juli de Nederlandse donorwet veranderd. Dit betekent dat ook vanaf jouw 18^e verjaardag er automatisch ‘geen bezwaar tegen orgaandonatie’ achter jouw naam komt te staan. Dit behalve als jij aangeeft dit niet te willen. Door deze veranderde wet is het tekort aan orgaandonoren gelukkig wat verminderd. Maar helaas is het nog steeds een probleem. Een probleem waarvoor een hele nieuwe oplossing op komst is: het 3D printen van organen.

Hoe werken die 3D printers van de onderzoekers eigenlijk? Laten we als voorbeeld het printen van een hartklep nemen. De printer print eerst een dun laagje van de onderkant van de hartklep. Dit laagje wordt geprint met de inkt die de onderzoekers ook wel de ‘bioink’ noemen. Verder wordt de vorm en grootte van het laagje bepaald door de g-code. De g-code is een instelling die dus bepaalt waar in de 3D omgeving de bioink precies terecht komt. Wanneer het laagje eenmaal af is wordt er een nieuw laagje daaroverheen geprint. Dit gaat door totdat het bovenste laagje van de hartklep ook is geprint.

Onderzoeker Jeroen Rouwkema aan het werk met zijn 3D printer (Fotograaf: Rikkert Harink)

Wie zijn de onderzoekers die kleine stukjes weefsel 3D printen? Deze onderzoekers werken over verschillende laboratoria over de hele wereld. Zo ook de Nederlandse Jeroen Rouwkema, onderzoeker en universitair hoofddocent aan Universiteit Twente. Afgelopen week sprak ik hem en vertelde hij meer over zijn onderzoek. Jeroen Rouwkema: ‘Mijn onderzoeksgroep houdt zich bezig met het toevoegen van bloedvaten aan gekweekte weefsels. Deze weefsels hebben twee verschillende toepassingen: de weefsels vormen een alternatief voor donorweefsel óf ze worden als testsysteem voor nieuwe medicijnen gebruikt.’

Bij het onderzoek van Jeroen Rouwkema is het belangrijk om te begrijpen dat bloedvaten zich steeds aanpassen aan hun omgeving. Dit gebeurt ook bij de organen van jouw lichaam. Wanneer jij bijvoorbeeld meer gaat sporten zullen jouw spieren groeien. Deze spieren hebben dan meer zuurstof en voedingsstoffen nodig. Hier reageert jouw lichaam op door het netwerk van bloedvaten in het spierweefsel uit te breiden. Dit gebruikt Jeroen Rouwkema dan ook in zijn onderzoek: ‘De omgeving van het weefsel willen we zo vormgeven dat we de organisatie van de bloedvaten kunnen gaan sturen.’

3D geprint bloedvatnetwerk (Fotograaf: Rikkert Harink)

Jeroen Rouwkema ervaart veel voordelen van het gebruik van zijn 3D printer. Het grootste voordeel is wel dat hij heel specifiek, in 3D(imensies), kan bepalen waar de bioink wordt aangebracht. Met andere technologieën kan je dat niet goed. Volgens onderzoeker Rouwkema kan hij zelfs nog een vierde dimensie toevoegen: ‘Eigenlijk teken je in drie dimensies de blauwdruk voor het weefsel, in de vierde dimensie, wat dan tijd is, kun je laten bepalen hoe het weefsel er uit gaat zien’.

Een 3D geprint orgaan tegenover eentje van een orgaandonor heeft verschillende voordelen. Zo kunnen bijvoorbeeld jouw eigen hartcellen gebruikt worden om een nieuw hart te printen. In het geval van een hart van een orgaandonor heb je te maken met andere cellen. En die cellen kunnen erg verschillen van jouw eigen cellen. Hierdoor is er een grotere kans dat jouw lichaam het donorhart niet accepteert. Een ander voordeel is dat het 3D geprinte weefsel ook in onderzoek gebruikt worden. Bijvoorbeeld voor het testen van medicijnen. Hierdoor zullen dierproeven minder vaak nodig zijn.

Alhoewel het 3D printen van weefsels en organen nog erg in ontwikkeling is en er belangrijke stapjes worden genomen, zijn er nog wel wat uitdagingen voor de onderzoekers. Zo bestaan veel organen uit een heleboel verschillende cellen. Het goed combineren van al deze verschillende cellen is dan ook lastig. Ook hebben veel organen een ingewikkelde opbouw. Wist je dat één long bijvoorbeeld uit 300 miljoen kleine luchtblaasjes bestaat? Zie dat maar eens goed te printen!

Naast de uitdagingen hebben onderzoekers ook nog wel eens hun twijfels over het 3D printen. Zo zegt Jeroen Rouwkema: ‘In het onderzoek hangt er een grote hype-factor om de 3D print techniek. Vaak wordt deze techniek gebruikt terwijl dat niet per se nodig is.’ Ook zei hij hierbij: ‘In de realiteit zal het misschien wel erg duur zijn om een nieuw hart te laten printen. Wie gaat dit betalen? Is het dan alleen beschikbaar voor diegene met veel geld?’.

Ondanks de uitdagingen en twijfels die er nog zijn, is het erg spannend hoe het onderzoek naar menselijke organen uit de 3D printer er over 100 jaar uit ziet. Kunnen wij dan echt een nieuw hart of longen printen? Of hebben we dan inmiddels al een andere oplossing voor het orgaandonoren tekort gevonden? Zo zei Jeroen Rouwkema dan ook: ‘Ik zie het lichaam toch als een verzameling van machines met elk een hele specifieke functie. Een hart is bijvoorbeeld een pomp die het bloed rondpompt door het lichaam. Iets anders maken dat ook goed als pomp werkt is dan belangrijker dan iets wat maar zoveel mogelijk lijkt op een natuurlijk hart.’

Geschreven door: Franca van Heijningen, Master Student Biomedische Wetenschappen