Als je een orgaan wil kweken in het lab, moet je ver­schillende technische hindernissen nemen. 4D-printing, waarbij je een platte laag cellen opvouwt in de goede 3D-vorm, kan wel eens de sleutel zijn.

‘Voor veel patiënten met een ernstige leveraandoening is de enige oplossing een levertransplantatie, maar die behandeling is risicovol en er zijn niet genoeg donoren’, zegt Luc van der Laan, hoogleraar regeneratieve geneeskunde aan het Erasmus MC in Rotterdam en een van de wetenschappelijk leiders van het samenwerkingsproject Medical Delta Regenerative Medicine 4D. Van der Laan onderzoekt alternatieve methodes voor orgaandonatie, waarbij hij het zelfherstellend vermogen van het lichaam naar het lab verplaatst.

Het ultieme doel? Een volledig orgaan kunnen kweken uit stamcellen van een leverpatiënt en die vervolgens kunnen implanteren. ‘Maar de lever is een zeer complex orgaan dat uit tweehonderd tot driehonderd miljard cellen bestaat’, waarschuwt Van der Laan. Dat gaat dus een enorme stap verder dan de organoïden (mini-orgaantjes gekweekt uit stamcellen) waar veel wetenschappers, inclusief Van der Laan, nu onderzoek naar doen.

Knutselen met cellen

Als je die organoïden wilt opschalen naar grotere weefsels, bots je uiteindelijk tegen een muur van technische beperkingen. De gekweekte mini-orgaantjes verkrijgen namelijk zuurstof en voedingsstoffen via diffusie, maar zodra je iets wilt kweken dat groter is dan enkele millimeters, diffunderen de stoffen niet ver genoeg meer door het weefsel.

Amir Zadpoor, hoogleraar van de faculteit biomechanical engineering aan de TU Delft en net als Van der Laan wetenschappelijk leider van het project, werkt aan een oplossing genaamd 4D-printing. Hij legt uit hoe het werkt: ‘We kweken eerst een platte laag weefsel uit stamcellen, dat zichzelf kan voorzien via diffusie. Pas als het weefsel een vaatsysteem ontwikkeld heeft, vouwen we het op tot een 3D-structuur. Je kweekt dus een vlak object tot een 3D-structuur gedurende een bepaalde tijd, vandaar ‘4D’ in de naam.

Zadpoor legt uit hoe ze het weefsel daarna in de juiste vorm weten te vouwen: ‘We gebruiken een geprint laagje materiaal met daarop kleine pilaartjes van enkele nanometers hoog. Het patroon waarin de pilaartjes staan is voorgeprogrammeerd en bepaalt in welke vorm de cellen worden gevouwen als je er mechanische krachten opzet. Met langwerpige groeven duw je een laagje zenuwcellen bijvoorbeeld in de vorm van een zenuwvezel.’

Mogelijkheden

Een volledig orgaan kunnen kweken duurt nog jaren, maar er komen ook andere toepassingen aan. Van der Laan: ‘Op korte termijn kunnen we de levercellen van een patiënt opkweken en onderzoeken om tot de best mogelijke behandeling voor die persoon te komen. Daarvoor moeten we de complexe functie en architectuur van het leverweefsel zo goed mogelijk benaderen. De 4D-printingtechnologie zou daarbij wel eens het verschil kunnen gaan maken.’