Waar deze methode eerst gebruikt werd voor het maken van sieraden en high-tech lenzen, kunnen zij hiermee nu als eerste groep in de wereld speciale biocompatibele hydrogels aanpassen in vorm en elasticiteit. En in combinatie met het snelle, hoge resolutie printproces is dat is een mogelijke doorbraak binnen de regeneratieve geneeskunde.

Want menselijke weefsels en organen zijn heel complex en zeker niet homogeen, benadrukt Lena Stoecker. Als PhD-student werkt ze in de nieuwe BME-onderzoeksgroep Biomaterial Engineering & Biofabrication aan de ontwikkeling van realistische kunstmatige weefsels. “Zo zien we in het beenmerg bijvoorbeeld dat er op plaatsen met verschillende elasticiteit verschillende soorten cellen groeien. En we weten ook dat biofysische eigenschappen, zoals elasticiteit en vorm, het gedrag van cellen kunnen beïnvloeden. Hoewel er op het gebied van tissue engineering heel veel gaande is, gebruiken we nog voornamelijk biomaterialen die tweedimensionaal zijn of homogene eigenschappen hebben.”

Dat maakt het lastig de complexe structuur van functionele weefsels, zoals hart of nier, realistisch na te bootsen, zegt groepsleider Miguel Dias Castilho. “We hebben nu in ons lab een methode ontwikkeld waarmee we aanpasbare 3D-biomaterialen kunnen printen. Zo kunnen we uiterst gecontroleerd het gedrag van cellen beïnvloeden. ”

Razendsnel printen

De methode die Stoecker en Dias Castilho ontwikkelden, is gebaseerd op de relatief nieuwe 3D-printtechniek xolografie. Met twee stralen licht van verschillende golflengtes kan hiermee op een gecontroleerde manier een vloeibaar materiaal in een vaste vorm omgezet worden. Dankzij de TU/e-onderzoekers, die op zoek gingen naar een geschikte chemische formule, kunnen ze met deze techniek nu ook driedimensionale structuren printen om menselijke cellen op te groeien. Door bovendien de intensiteit van de lichtstraal aan te passen, ontdekten ze dat de elasticiteit van de 3D-structuur desgewenst aangepast kan worden op specifieke locaties.

Het printen van een biocompatibele 3D-structuur gaat bovendien razendsnel, Dias Castilho kan “binnen een minuut een afdruk maken ter grootte van een gummibeer.” En met een hoge resolutie, vult Stoecker aan. “We kunnen aanpasbare structuren maken ter grootte van een menselijke cel, zo’n 20 micrometer. En daarin kunnen we meerdere regio’s aanbrengen met een verschillende, dynamische elasticiteit. Deze unieke combinatie in 3D is vooralsnog alleen met deze technologie mogelijk.”