Video: Wetenschappers laten een menselijk oor groeien met nieuwe, huidkruipende 3D-printmethode

“Complicaties na een operatie” is een vage en enge term die verwijst naar secundaire aandoeningen, zoals infectie, die zich na de operatie ontwikkelen. Studies hebben aangetoond dat deze complicaties wereldwijd meer dan 50 miljoen patiënten treffen en meer kans hebben om te verschijnen in hoge-inkomenslanden zoals de Verenigde Staten, waar operaties vaker voorkomen.

Voor reconstructieve en cosmetische operaties, waarvan er in 2018 22 miljoen gecombineerd waren in de VS volgens de American Society of Plastic Surgeons, is dit risico vooral voelbaar gezien het feit dat ze invasief zijn. Maar dit risico kan door een nieuwe bevinding radicaal worden veranderd. Met behulp van nieuwe 3D-bioprintingtechnieken hebben biomateriaalwetenschappers en weefselingenieurs uit China, de VS en België ontdekt hoe ze niet-invasief lichaamsdelen en organen kunnen laten groeien onder levende huid.

Hun nieuwe benadering van 3D-bioprinting en maakt niet-invasieve weefselgroei en wondgenezing mogelijk. Het werkt door het injecteren van bioink-cellen, het additieve materiaal dat traditioneel wordt gebruikt in 3D-bioprinten, onder de huid en met behulp van nabij-infrarood licht om het weefsel te penetreren en aanpasbare bouwontwerpen over te brengen – zoals een oor of een abstracte vorm – naar nieuw geïnjecteerde cellen.

Het oor begon zich in slechts 20 seconden te vormen.

In een nieuwe studie die vrijdag is gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances, legt het team uit hoe hun aanpak zich onderscheidt van eerder werk dat is gedaan in 3D-bioprinting.

“Momenteel zijn de in vivo toepassingsstrategieën voor 3D-geprinte macroschaalproducten beperkt tot chirurgische implantatie of in situ 3D-printen op het blootgestelde trauma, beide vereisen blootstelling van de toepassingsplaats,” schrijven de auteurs. ” kan niet goed worden voldaan door de bestaande 3D-printtechnologieën, wat ons motiveert om niet-invasieve 3D-printtechnologieën te ontwikkelen die de weefselbedekte bioink niet-invasief kunnen fabriceren tot aangepaste producten, waaronder levende weefselconstructies in situ.”

De niet-invasieve aanpak van de onderzoekers werkt door eerst bioink-cellen onder de huid van muizen te injecteren op de plaats van een wond of toekomstige reconstructie. Deze bioink heeft zelf geen oorspronkelijke vorm, maar bevat de biologische bouwstenen die in een willekeurig aantal vormen kunnen worden gegoten.

Nadat de bioink is ingespoten, stellen de onderzoekers het gebied bloot aan nabij-infrarood licht dat door een digitale chip is geleid die aangepaste bouwinstructies voor de bioink bevat. Terwijl het licht door deze chip gaat, pikt het de instructies op en brengt ze diep onder de huid naar de bioink eronder.

In tegenstelling tot andere vormen van zichtbaar licht, zelfs UV-licht, is bijna-infrarood licht in staat om diep in het weefsel door te dringen. Daardoor is het een perfecte drager voor het overbrengen van de bouwinstructies naar de bioink.

Als het bioink eenmaal de instructies heeft ontvangen, begint het veilig onder de huid te transformeren en de nieuwe, aangepaste vorm aan te nemen. In de studie konden de onderzoekers abstracte vormen maken zoals een kruis en een cake-achtige structuur, evenals een benadering van een menselijk oor.

De auteurs schrijven dat het oor zich in slechts 20 seconden op de huid van de muis begon te vormen en zijn vorm ten minste een maand behield.

In een video die het proces beschrijft, zeggen de auteurs dat restjes bioink van de plaats konden worden verwijderd om het volledig gevormde nieuwe weefsel te onthullen.

In de toekomst zeggen de auteurs dat een benadering als deze ook kan worden gebruikt voor gepersonaliseerde en diverse weefselreconstructie bij mensen. Ze hopen dat een niet-invasieve aanpak als deze chirurgen in staat zou stellen om onnodige en potentieel gevaarlijke reconstructieve operaties te vermijden.

“Dit werk levert het bewijs van concept voor de niet-invasieve in vivo 3D bioprinting die een nieuwe weg zou openen voor medisch 3D-printen en de minimaal invasieve of niet-invasieve geneeskunde zou bevorderen,” schrijven de auteurs.

Abstract: Driedimensionale (3D) printtechnologie heeft een groot potentieel bij het bevorderen van klinische geneeskunde. Momenteel zijn de in vivo toepassingsstrategieën voor 3D-geprinte macroschaalproducten beperkt tot chirurgische implantatie of in situ 3D-printen op het blootgestelde trauma, die beide blootstelling van de toepassingsplaats vereisen. Hier tonen we een digitale nabij-infrarood (NIR) fotopolymerisatie (DNP)-gebaseerde 3D printtechnologie die het mogelijk maakt om niet-invasief in vivo 3D bioprinten van weefselconstructies. In deze technologie wordt het NIR gemoduleerd in een aangepast patroon door een digitaal micromirror toestel, en dynamisch geprojecteerd voor het ruimtelijk induceren van de polymerisatie van monomeeroplossingen. Door ex vivo bestraling met het patroon van NIR, kan de onderhuids geïnjecteerde bioink niet-invasief worden afgedrukt in aangepaste weefselconstructies in situ. Zonder chirurgische implantatie werden in vivo gepersonaliseerde oor-achtige weefselconstructies met chondrificatie en een herstelbaar spierweefsel met cel-geladen conforme steiger verkregen. Dit werk levert een proof of concept van niet-invasieve in vivo 3D bioprinting.