Afbeelding :
De afbeelding toont motorische neuronen die zijn gegenereerd uit menselijke iPSC (geïnduceerde pluripotente stamcellen) en zijn geïntegreerd in een 3D-geprint dragermateriaal. De cellen (in het rood weergegeven) groeien in het dragermateriaal en worden hier vanuit verschillende perspectieven getoond, wat illustreert hoe ze verdeeld en georganiseerd zijn in het driedimensionale materiaal.
Met behulp van een 3D-printer zijn onderzoekers van de Universiteit van Uppsala erin geslaagd een model te creëren dat lijkt op het menselijk zenuwweefsel. Het model, dat kan worden gekweekt uit de eigen cellen van de patiënt, maakt het mogelijk om nieuwe medische behandelingen in een labo uit te testen.
Motorische neuronen zijn zenuwcellen die onze spieren aansturen door signalen vanuit de hersenen en het ruggenmerg naar het lichaam te sturen. Bij ziekten zoals Amytrofische Laterale Sclerose (ALS) worden deze cellen vernietigd, wat leidt tot spierverzwakking en verlamming. Gemiddeld is de verwachte overlevingskans na de diagnose ongeveer vier jaar, aangezien het bewegingsvermogen en de ademhaling van de patiënt geleidelijk verslechtert. Er is nog geen remedie maar sommige medicijnen kunnen het verloop van de ziekte vertragen.
In een nieuwe studie, gepubliceerd in het ‘International Journal of Bioprinting’, hebben onderzoekers aangetoond dat het nu mogelijk is om 3D-printers te gebruiken om modellen te maken, genaamd organoïden, die lijken op menselijk zenuwweefsel. Deze motorische neuron-organoïden kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt in medisch onderzoek en testen voor gepersonaliseerde geneeskunde.
“Motorische neuronen bevinden zich in het midden van het ruggenmerg, daarom is het niet mogelijk om behandelingen rechtstreeks te testen op patiënten die lijden aan een neurodegeneratieve ziekte zoals ALS. Onze methode maakt het mogelijk om motorische neuron-organoïden direct te reconstrueren uit de huidcellen van de patiënt, waaruit we ruggenmerg-organoïden kunnen bouwen, die vervolgens kunnen worden gebruikt om nieuwe behandelingen te testen,” zegt Elena Kozlova, hoofdauteur van de studie.
Model geproduceerd met een 3D-printer
In de huidige studie gebruikten de onderzoekers menselijke stamcellen, gegenereerd uit huid en geprogrammeerd om motorische neuronvoorlopers te worden, een type onrijpe zenuwcel die later kan uitgroeien tot een rijpe motorisch neuron. Deze cellen werden gemengd met een zachte gelatine en vervolgens laag per laag geprint met een 3D-printer, waarbij het weefsel en de structuur werden opgebouwd. Deze driedimensionale verdeling van de cellen in het bioink materiaal verbeterde de celoverleving en de groei van de zenuwvezels.
In eerdere experimenten groeiden de neurieten enkel aan het oppervlak, maar de onderzoekers zijn er nu in geslaagd om ze ook in het dragermateriaal te laten groeien. De oplossing voor dit probleem was het gebruik van een zachter 3D-printmateriaal dat enerzijds zijn vorm behoudt en anderzijds toch de uitgroei van de neurieten in het materiaal mogelijk maakt. Om de cellen te helpen rijpen en ontwikkelen, gebruikten de onderzoekers kleine deeltjes met een poreuze structuur – mesoporeuze silica deeltjes – doordrenkt met groeifactoren en gemengd in het bio-ink materiaal.
Ontwikkeling van protocol voor productie van zenuwweefsel
In de studie stellen de onderzoekers een stap-voor-stap protocol voor aangaande het produceren van meer geavanceerde en gestandaardiseerde modellen van zenuwweefsel in 3D.
“Het is belangrijk voor het medisch onderzoek om een groot aantal organoïden op een reproduceerbare manier te kunnen printen. Onze methode maakt het ook mogelijk om andere type zenuwcellen, waaronder gliacellen, op te nemen, wat de weg kan banen voor completere modellen van het ruggenmerg,” zegt Elena Kozlova.
Vertaling: Sofie Leclercq
Bron: Nieuwsbericht Universiteit van Uppsala