Utrechtse wetenschappers hebben een nieuwe fabricagemethode bedacht voor het 3D-printen van hydrogels met een aanzienlijk verhoogde resolutie. Samen met collega’s van de Harvard Medical School publiceerden zij hun nieuwe bevindingen op 9 maart in Nature Communications.

3D-printtechnieken die worden gebruikt bij de productie van hydrogels voor tissue engineering hadden tot nu toe een maximale resolutie van enkele honderden micrometers, wat het printen van onder andere bloedvaten en nierbuisjes verhinderde. De wetenschappers van de Utrecht Institute for Pharmaceutical Sciences en de Harvard Medical School zijn er echter samen in geslaagd om de hydrogels door middel van een nieuwe krimptechniek een factor 10 te verkleinen, en kwamen daarmee uit op een resolutie van rond de 10 micrometer.

In het verleden zijn verschillende pogingen gedaan om de maximale resolutie te verhogen door verbeteringen aan te brengen in de printerhardware en afdrukparameters, zoals het verkleinen van het mondstuk en het gebruik van inkt met een hogere viscositeit. ‘Ondanks de verbeteringen was de resolutie van conventionele technieken echter nog steeds gelimiteerd tot 100 á 200 micrometer’, vertelt PhD kandidaat Carl Schuurmans in een persbericht van de Universiteit Utrecht. De onderzoekers focusten daarom op de nabehandeling van de 3D-geprinte materialen, en kwamen op het idee om ze na het printen te laten krimpen, en zo de resolutie te verbeteren.

Het zogenaamde ‘krimp-printen’ is gebaseerd op implosie. De hydrogels, gemaakt van een hydrofiel poly-anionisch polymeernetwerk en voor 80% bestaand uit water, worden na het printen in een positief geladen oplossing gedoopt. In de aanwezigheid van poly-kationen met een hoge ladingsdichtheid ontstaan complexen tussen het negatief geladen polymeernetwerk en de positief geladen poly-kationen. Dit veroorzaakt wateruitdrijving, wat leidt tot verkleining van de hydrogels. Ze krimpen daarbij gelijkmatig in elke richting, en behouden dus hun originele vorm. Afhankelijk van de begingrootte van het materiaal kunnen zo in de toekomst wellicht hydrogels geproduceerd worden tot op submicron niveau, wat perfect is voor het creëren van bijvoorbeeld kleine bloedvaten.

De onderzoekers testten de methode voor verschillende 3D-printtechnieken, zoals direct extrusion printing, sacrificial printing, en micro fluidic hollow fibre printing. Bij allen werd succesvol krimpen van de hydrogel geobserveerd. Ook toonden zij aan dat het krimpen ook mogelijk is na toevoeging van verschillende soorten levende cellen. Daarnaast kan door gekrompen buisvormige hydrogelconstructen nog steeds vloeistof stromen, wat mogelijke toepassingen onthult voor de biofabricage van lichaamsweefsel. De wetenschappers verwachten daarom ook dat deze unieke technologie in de toekomst uitgebreid toegepast zal worden.

_{Gong, J., et al. (2020). Nat. Commun., 11(1)}