11/08/2017
Door Ad Spijkers
Het vervangen van beschadigd weefsel met behulp van de 3D-printer wint terrein in de . regeneratieve geneeskunde. De kwaliteitscontrole van dit vervangend weefsel is moeilijk. Onderzoekers uit Würzburg en Lübeck werken aan een oplossing.
Nieuw kraakbeen voor door artrose beschadigde, 3D-modellen van menselijk weefsel of vervanging van bot bij tumorpatiënten. Dit zijn slechts enkele toepassingen die dankzij 3D-printtechnologie individueel te realiseren zijn. Er wordt veel verwacht van de zogeheten biofabricage.
Nu al produceren specialisten uit de regeneratieve geneeskunde op maat gemaakte implantaten en orthopedische hulpmiddelen. En voor de toekomst verwachten ze nog veel nieuwe toepassingsmogelijkheden, onder andere in het kweken van weefsel.
Bij de klassieke methode voor het kweken van weefsel worden cellenkolonies op 3D-frames geplaatst, om hieruit vervangend weefsel voor beschadigd weefsel te laten groeien. De zogeheten biofabricage daarentegen levert via 3D-printtechnieken structuren uit cellen en steunmaterialen, die de opbouw van natuurlijk weefsel benaderen. Hiermee zou een snellere en betere vorming van functioneel menselijk weefsel moeten worden bereikt.
Maar biofabricage staat als onderzoeksterrein nog in de kinderschoenen. Tegenover het grote potentieel en de eerste successen met eenvoudige structuren staan nog fundamentele uitdagingen. Zo zijn er nog geen methoden voor de karakterisering van de structuren, zowel tijdens het drukken als tijdens de groei van het weefsel.\
Kwaliteitscontrole tijdens drukproces
In het onderzoeksproject 'PhotonControl' werken wetenschappers van de Julius-Maximilians-Universität Würzburg en de Universität zu Lübeck aan geschikte methoden voor kwaliteitscontrole van kunstmatige weefselimplantaten. De metingen moeten non-destructief plaatsvinden, zonder speciale markers op de toepassing. De onderzoekers kunnen bijvoorbeeld geen chemische kleurstoffen gebruiken, omdat die de kolonievorming van de geprinte constructie kunnen beïnvloeden.
Omdat de printtijden bij de biofabricage tussen enkele minuten en enkele uren liggen en omdat de structuren naar verhouding groot zijn, zijn korte meettijden of hoge resolutie niet de belangrijkste uitdagingen voor de meetmethoden. Het gaat er vooral om de relevante chemische, biologische en morfologische informatie te vergaren. Door de deels lange printtijden zou bovendien een karakterisering tijdens het drukproces wenselijk zijn.
Volgens de onderzoekers voldoen twee technieken aan deze eisen: de optische coherentie tomografie (OCT) en de Raman-spectrocopie. Beide methoden werken zonder kleurstof als marker en ze beschadigen het weefsel niet. OCT maakt een real-time structurele weergave mogelijk en kan mechanische eigenschappen kwantitatief meten. Raman-spectroscopie levert moleculaire informatie voor de chemische en biochemische karakterisering van driedimensionale weefselstructuren.
Doel van PhotonControl is een fundamenteel onderzoek naar de combinatie van beide optische methoden voor de in-process controle tijdens het 3D printen van weefselmodellen en weefselimplantaten. Daarvoor zullen de onderzoekers hun 3D-geprinte thermoplasten en hydrogels eerst met klassieke methoden en vervolgens via de genoemde optische methoden onderzoeken.
De resultaten zouden kunnen leiden tot een thematisch verdergaand onderzoek naar de omzetting naar een systeemoplossing, bestaande uit optische methoden zoals OCT plus 3D-printtechnologie. Daarmee zou het mogelijk moeten zijn printprocessen te besturen, regelen en bewaken én de levende cellen tijdens de productie te controleren.