Onderzoekers Tel Aviv University hebben het eerste 3D hart geprint

Het geconstrueerde hart is geheel compatible aan de immunologische, cellulaire, biochemische en anatomische eigenschappen van de patiënt.

AMERICAN FRIENDS OF TEL AVIV UNIVERSITY
In een grote medische doorbraak, hebben onderzoeker van de Tel Aviv University het eerste doorbloede hart geprint waarvoor ze gebruik hebben gemaakt van de cellen en biologisch materiaal van de patiënt zelf. Hun bevindingen zijn gepubliceerd op 15 april in een studie in Advanced Science.

Tot nu waren wetenschappers in regeneratieve geneeskunde - een onderzoeksgebied tussen biologie en technologie - er alleen in geslaagd om eenvoudig weefsel te printen zonder bloedvaten.

`Het is de eerste keer, dat er iemand in geslaagd is een geheel hart te construeren en te printen met cellen, bloedvaten, ventrikels en hartkamers`, zegt Professor Tal Dvir van TAU´s School of Molecular Cell Biology and Biotechnology, Dept. of Materials Science and Engineering, Center for Nanoscience and Nanotechnology and Sagoi Center for regenerative Biotechnology, die het onderzoek leidde.

Hartziekte is belangrijkste doodsoorzaak onder mannen, zowel as vrouwen in de US. Voor patiënten in het eindstadium hartfalen is harttransplantatie momenteel de enige beschikbare behandeling. Gezien het ontzettende tekort aan hartdonoren is de noodzaak aan nieuwe benaderingen om het zieke hart te doen herleven enorm groot.

“Dit hart is gemaakt van menselijke cellen en patiënt-specifieke biologische materialen. In ons proces dienen deze materialen als bio-inkten, substanties gemaakt van suikers en proteïnen, die gebruikt kan worden voor 3D printing van complexe weefsel modellen”, zegt professor Dvir. “Mensen zijn erin geslaagd 3D printings te maken van complexe weefselmodellen van een hart in het verleden, maar niet met cellen of met bloedvaten. Onze resultaten bewijzen de mogelijkheid van onze benadering om persoonlijk weefsel en orgaanvervanging in de toekomst te realiseren.

Onderzoek voor deze studie werd gezamenlijk met dr Assaf Shapira van TAU’s Faculty of Life Science en Nadav Moor, doctoraal student, in professor Dvir’s lab uitgevoerd.

“In dit stadium is ons 3D hart klein, de grootte van een konijnenhart, maar grotere mensenharten vergen dezelfde technologie”, aldus professor Dvir.

Voor het onderzoek werd een vetweefselbiopsie genomen van patiënten. Het cellulaire en a-cellulaire materiaal van het weefsel werden dan gescheiden. Terwijl de cellen opnieuw werden geprogrammeerd in embryonale stamcellen, werd de ECM (extracellulaire matrix), een driedimensionaal netwerk van extracellulaire macromoleculen, zoals collageen en glycoproteïnen, verwerkt tot gepersonaliseerde hydrogel, dat diende als de print-‘inkt’.

Nadat ze gemixt werden met de hydrogel, werden de cellen efficiënt onderverdeeld in hart- en endothele cellen om patiënt-specifieke, immuun compatibele hartpatronen met bloedvaten en vervolgens een geheel hart te creëren.

Volgens professor Dvir, is het gebruik van natuurlijk en patiënt-eigen materiaal cruciaal om succesvol weefsels en organen te maken.

“De bio compatibiliteit van ontwikkeld weefsel is ook cruciaal om het risico op implantaat afstoting, die het succes van zulke behandelingen in gevaar brengt, te elimineren”, zegt hij.

“Het biomateriaal zou, idealerwijs, dezelfde biochemische, mechanische en topografische eigenschappen van de patiënt zijn eigen weefsel moeten bevatten. Hier kunnen we vermelden, dat we 3D geprint dikke, doorbloede en perfusabele (in staat vocht toe gediend te krijgen) hartweefsels, die geheel gelijk zijn aan de immunologische, cellulaire, biochemische en anatomische eigenschappen van de patiënt, eenvoudig benaderen.”

De onderzoekers zijn nu van plan de geprinte harten te kweken in het lab en ze ‘te leren om zich te gedragen’ als harten”, zegt professor Dvir. “Daarna willen ze de 3D geprinte harten transplanteren in proefdieren.
We moeten de geprinte harten verder ontwikkelen. De cellen moeten een pompvermogen vormen; ze kunnen nu samentrekken, maar ze moeten gaan samenwerken. We hopen, dat we de werkzaamheid en bruikbaarheid van onze methode zullen kunnen bewijzen.

Misschien zullen er over tien jaar, in de meest bekwame ziekenhuizen in de wereld orgaanprinters zijn en zullen deze processen routinematig worden uitgevoerd.”

Vertaling: Loes Vink