Wetenschappers 'printen' een 3D-hart met behulp van het weefsel van de patiënt
Hoewel 3D-printen de afgelopen jaren met grote sprongen vooruit is gegaan, is het nog steeds een verre droom om hiermee functionerende menselijke organen te printen. Onlangs hebben wetenschappers deze droom echter een stap dichterbij gebracht.
Afbeeldingscredit: Advanced Science 2019 De auteurs
Hart- en vaatziekten zijn de belangrijkste doodsoorzaak in de Verenigde Staten.
Volgens de Centers for Disease Control and Prevention (CDC) sterven elk jaar 610.000 mensen in de VS aan hartaandoeningen.
Als het eenmaal tot de laatste fase is gevorderd, is de enige behandelingsoptie een harttransplantatie.
Omdat er te weinig hartdonoren zijn, is het wachten op een levensreddende transplantatie lang.
Wetenschappers zijn erop gebrand manieren te vinden om bestaand hartweefsel op te lappen om een transplantatie te verwijderen of uit te stellen.
Als chirurgen bijvoorbeeld een materiaal in het hart zouden kunnen inbrengen, zou het een tijdelijke steiger kunnen vormen om cellen te ondersteunen en cellulaire reorganisatie te stimuleren.
Deze zogenaamde cardiale tissue engineering heeft een aantal problemen; in de eerste plaats moeten wetenschappers een soort materiaal vinden dat het lichaam niet wil afwijzen. Onderzoekers hebben al verschillende materialen en methoden geprobeerd, maar de perfecte kandidaten zijn cellen uit het lichaam van de patiënt.
Bioink en stamcellen
In de afgelopen jaren hebben onderzoekers enige vooruitgang geboekt bij het kunstmatig repliceren van menselijk weefsel.
Een groep wetenschappers van de Universiteit van Tel Aviv in Israël heeft dit werk een stap verder gebracht en cardiale tissue engineering naar de volgende fase gebracht.
"Dit is de eerste keer dat iemand waar dan ook met succes een heel hart vol cellen, bloedvaten, ventrikels en kamers heeft ontworpen en geprint."
Hoofdonderzoeker Prof. Tal Dvir
De wetenschappers hebben een baanbrekende aanpak ontworpen waarmee ze tot nu toe het dichtst bij een kunsthart kunnen komen.
Hun eerste stap was het nemen van een biopsie van vetweefsel van de patiënt; vervolgens scheiden ze cellulair materiaal van niet-cellulair materiaal.
De onderzoekers hebben de cellen van het vetweefsel geherprogrammeerd tot pluripotente stamcellen, die zich kunnen ontwikkelen tot de reeks celtypen die nodig zijn om een hart te laten groeien.
Het niet-cellulaire materiaal bestaat uit structurele componenten, zoals glycoproteïnen en collageen; de wetenschappers hebben deze aangepast om er een 'bioink' van te maken.
Vervolgens mengden ze deze bioink met de stamcellen. De cellen differentieerden zich in hart- of endotheelcellen (die de bloedvaten bekleden), die de wetenschappers konden gebruiken om hartvlekken te maken, inclusief bloedvaten.
Ze beschrijven hun methoden in detail in een recent artikel dat in het tijdschrift is gepubliceerd Geavanceerde wetenschap.
‘De grootte van het hart van een konijn’
“Dit hart is gemaakt van menselijke cellen en patiëntspecifieke biologische materialen. In ons proces dienen deze materialen als bio-bindingen, stoffen gemaakt van suikers en eiwitten die kunnen worden gebruikt voor het 3D-printen van complexe weefselmodellen ”, zegt prof. Dvir.
Hij vervolgt: “Mensen zijn er in het verleden wel in geslaagd om de structuur van een hart te 3D-printen, maar niet met cellen of met bloedvaten. Onze resultaten demonstreren het potentieel van onze aanpak voor het ontwerpen van gepersonaliseerde weefsel- en orgaanvervanging in de toekomst. "
Om het potentieel van hun techniek te demonstreren, creëerden de wetenschappers een klein maar anatomisch nauwkeurig hart, compleet met bloedvaten en cellen.
"In dit stadium is ons 3D-hart klein, zo groot als het hart van een konijn", zegt prof. Dvir. "Maar grotere mensenharten hebben dezelfde technologie nodig."
Het is vermeldenswaard dat deze technologie nog lang niet in staat is om harttransplantaties te vervangen. Dit is gewoon weer een stap op het pad - zij het een vrij grote stap.
De cruciale volgende taak, zoals prof. Dvir zegt, is hen te leren zich als harten te gedragen; hij legt uit dat ze “het gedrukte hart verder moeten ontwikkelen. De cellen moeten een pompend vermogen vormen; ze kunnen momenteel een contract afsluiten, maar we hebben ze nodig om samen te werken. "
"Onze hoop", vervolgt hij, "is dat we zullen slagen en de doeltreffendheid en bruikbaarheid van onze methode zullen bewijzen."
Er is nog een lange weg te gaan, maar de onderzoekers zijn enthousiast over hoe ver ze zijn gekomen.
"Misschien zullen er over 10 jaar orgelprinters zijn in de beste ziekenhuizen ter wereld en zullen deze procedures routinematig worden uitgevoerd."
Prof. Tal Dvir
