Onderzoekers van de Universiteit van Lund hebben een nieuwe bioinkt ontworpen waarmee voor het eerst kleine luchtwegen van mensenformaat kunnen worden 3D-gebioprint met behulp van patiëntencellen. De 3D-geprinte constructies zijn biocompatibel en ondersteunen de groei van nieuwe bloedvaten in het getransplanteerde materiaal. Dit is een belangrijke eerste stap op weg naar het 3D-printen van organen. De nieuwe studie is gepubliceerd in Geavanceerde materialen .

Chronische longziekten zijn wereldwijd de op twee na belangrijkste doodsoorzaak met een jaarlijkse EU-kost van meer dan 380 miljard euro. Voor veel chronische ziekten is er geen genezing en de enige optie in het eindstadium voor patiënten is longtransplantatie. Echter, er zijn niet genoeg donorlongen om aan de klinische vraag te voldoen.

Daarom, onderzoekers kijken naar manieren om de hoeveelheid beschikbare longen voor transplantatie te vergroten. Een benadering is het fabriceren van longen in het laboratorium door cellen te combineren met een bio-engineered steiger.

"We zijn klein begonnen met het maken van kleine buizen, omdat dit een kenmerk is dat zowel in de luchtwegen als in het vaatstelsel van de long wordt aangetroffen. Door gebruik te maken van onze nieuwe bioink met stamcellen geïsoleerd uit de luchtwegen van patiënten, we waren in staat om kleine luchtwegen te bioprinten die meerdere cellagen hadden en in de loop van de tijd open bleven, " legt Darcy Wagner uit, universitair hoofddocent en senior auteur van de studie.

De onderzoekers ontwierpen eerst een nieuwe bioink (een printbaar materiaal met cellen) voor het 3D-bioprinten van menselijk weefsel. De bioink is gemaakt door twee materialen te combineren:een materiaal dat is afgeleid van zeewier, alginaat, en extracellulaire matrix afgeleid van longweefsel.

Deze nieuwe bioinkt ondersteunt het bioprinted materiaal in verschillende stadia van zijn ontwikkeling naar weefsel. Vervolgens gebruikten ze de bioink om kleine menselijke luchtwegen 3D-bioprint te maken die twee soorten cellen bevatten die in menselijke luchtwegen worden aangetroffen. Echter, deze bioink kan worden aangepast voor elk type weefsel of orgaan.

"Deze bio-inkten van de volgende generatie ondersteunen ook de rijping van de luchtwegstamcellen tot meerdere celtypen die worden aangetroffen in de menselijke luchtwegen van volwassenen, waardoor er minder celtypes geprint hoeven te worden, het vereenvoudigen van de spuitmondnummers die nodig zijn om weefsel te printen dat uit meerdere celtypes bestaat, ' zegt Darcy Wagner.

Wagner merkt op dat de resolutie moet worden verbeterd om meer distaal longweefsel en de luchtzakken 3D-bioprint te maken, bekend als longblaasjes, die essentieel zijn voor de gasuitwisseling.

"We hopen dat verdere technologische verbeteringen van beschikbare 3D-printers en verdere vooruitgang op het gebied van bioinkt bioprinten met een hogere resolutie mogelijk zullen maken om grotere weefsels te ontwikkelen die in de toekomst voor transplantatie kunnen worden gebruikt. We hebben nog een lange weg te gaan, " ze zegt.

Het team gebruikte een muismodel dat sterk lijkt op de immunosuppressie die wordt gebruikt bij patiënten die een orgaantransplantatie ondergaan. Wanneer getransplanteerd, ze ontdekten dat 3D-geprinte constructies gemaakt van de nieuwe bioink goed werden verdragen en nieuwe bloedvaten ondersteunden.

"De ontwikkeling van deze nieuwe bioinkt is een belangrijke stap voorwaarts, maar het is belangrijk om de functionaliteit van de kleine luchtwegen in de loop van de tijd verder te valideren en de haalbaarheid van deze benadering in grote diermodellen te onderzoeken, " concludeert Martina De Santis, de eerste auteur van de studie.