Onderzoekers van de University of British Columbia Okanagan (UBCO) hebben een belangrijke stap gezet richting gepersonaliseerd longonderzoek en -therapie. Zij ontwikkelden een geavanceerd 3D-geprint longmodel dat sterk lijkt op echt longweefsel. Deze innovatie kan uitgroeien tot een gamechanger in de diagnostiek en behandeling van complexe ademhalingsziekten zoals astma, COPD en longkanker.
Het bio-geprinte longweefsel is ontwikkeld door een team onder leiding van dr. Emmanuel Osei, assistent-professor aan de Irving K. Barber Faculty of Science en verbonden aan het Center for Heart Lung Innovation. Volgens Osei biedt het nieuwe model een nauwkeurige nabootsing van de menselijke longstructuur. Daarmee ontstaat een betrouwbare onderzoeksomgeving waarin cellulaire reacties op bijvoorbeeld sigarettenrook of medicatie in detail kunnen worden bestudeerd. “Het ontwikkelen van een realistisch longmodel is essentieel om ziektemechanismen beter te begrijpen en nieuwe behandelmethoden te kunnen testen. Met dit model kunnen we bovendien sneller en efficiënter nieuwe medicijndoelwitten identificeren”, stelt dr. Osei.
Technologische innovatie
De onderzoekers gebruikten een speciaal ontwikkelde bio-inkt, bestaande uit lichtgevoelige, met polymeren gemodificeerde gelatine en polyethyleenglycoldiacrylaat. Hiermee werd een hydrogel geprint waarin verschillende celtypes én kanaalstructuren geïntegreerd zijn, die de bloedvaten en luchtwegen van de long nabootsen. Eenmaal geprint, vertoont dit model gelijkenissen met het complexe mechanische gedrag van longweefsel.
Wat dit model onderscheidt van eerdere pogingen, is de toevoeging van vasculaire componenten. Hierdoor kan ook de bloedstroom worden nagebootst, wat essentieel is voor het bestuderen van ontstekingsreacties, kankerprogressie of fibrosevorming. Deze stap maakt het mogelijk om een realistischere simulatie van de menselijke longomgeving te creëren, met belangrijke implicaties voor geneesmiddelenonderzoek.
Van patiënt naar lab
Een belangrijk voordeel van deze technologie is de mogelijkheid om longcellen uit patiëntweefsel te isoleren en via bioprinten te vermenigvuldigen. In plaats van te wachten op nieuw donormateriaal, kunnen onderzoekers direct aan de slag met het vervaardigen van testmodellen. Dit vergroot de efficiëntie en draagt bij aan het realiseren van gepersonaliseerde behandelingen.
“In veel gevallen is slechts beperkt longweefsel beschikbaar voor onderzoek. Dankzij deze techniek kunnen we met één klein stukje longweefsel meerdere onderzoeksmodellen creëren”, legt Osei uit.
Klinische relevantie aangetoond
De klinische toepasbaarheid werd aangetoond door het 3D-model bloot te stellen aan sigarettenrookextract. Daarbij werd een toename van pro-inflammatoire cytokines waargenomen. Dit zijn signalen die duiden op een ontstekingsreactie. Deze resultaten benadrukken dat het model in staat is om ziekteprocessen nauwkeurig te simuleren.
Toekomstige toepassingen kunnen zich richten op het personaliseren van behandelingen, het testen van nieuwe medicijnen en het verkorten van ontwikkeltrajecten. “Het feit dat ons model aanpasbaar is met patiënt specifieke cellen maakt het bij uitstek geschikt voor gepersonaliseerde geneeskunde,” aldus Osei.
De studie, gepubliceerd in Biotechnology and Bioengineering, werd uitgevoerd met steun van Mitacs en Providence Health Care. Het onderzoeksteam is al in gesprek met biotechpartners en andere wetenschappelijke consortia om andere klinische toepassingen te verkennen.
3D-biotechnologie
Vorig jaar onderzocht de TU/e het inzetten van geavanceerde lichtprinttechnologie (xolografie) met 3D-bioprinting om zowel gezond als ziek weefsel in één model te creëren. Dit nieuwe platform, genaamd STOMP, produceert weefsels die simpel uit het device te halen zijn zonder beschadiging. STOMP maakt gebruik van een mini-apparaat en capillaire werking om cellen en hydrogel in een vrij hangende structuur te vormen. Deze methode maakt het mogelijk verschillende celtypologieën binnen één model te combineren.
Door het platform te koppelen aan bestaande biofabricatiemethoden ontstaat een krachtig, multidisciplinair platform voor biomedisch onderzoek. Het maakt gepersonaliseerd en reproduceerbaar onderzoek naar ziektemodellen toegankelijk voor meer labs en versnelt de ontwikkeling van nieuwe therapieën.
