Cerebrovasculaire aandoeningen zoals atherosclerose en beroertes veroorzaken wereldwijd veel ziektelast. Een kernprobleem hierbij is vasculaire stenoss, Die is de vernauwing van hersenvaten die de bloedstroom verstoort en chronische ontstekingen in alvattige endotheelcellen kan veroorzaken. Het bestuderen van dergelijke processen in vivo is lastig vanwege de complexiteit van levende systemen, en bestaande in-vitromodellen schieten vaak tekort in het nabootsen van de mechanische, structurele en biologische realiteit van hersenvaten.
Een onderzoeksteam onder leiding van prof. Byoung Soo Kim (Pusan National University), Min-Ju Choi, prof. Dong-Woo Cho en dr. Wonbin Park (POSTECH) ontwikkelde een innovatief in-vitromodel. Een model met 3D-gebioprinte stenotische hersenvaten dat anatomische nauwkeurigheid combineert met fysiologische relevantie. Hun studie, gepubliceerd in Advanced Functional Materials (24 juni 2025), beschrijft een embedded coaxiale bioprinttechniek waarmee perfuseerbare vaatkanalen met gecontroleerde vernauwing snel worden geprint.
Hybride bio-inkt van varkensaorta
De gebruikte bio-inkt is een hybride van decellularized ECM (varkensaorta), collageen en alginaat, wat zowel mechanische sterkte als ondersteuning voor endotheelcellen zoals HUVECs en HBMECs biedt. Onder simulatie van normale en gestremde stromingscondities bootst dit model de dynamiek van gezonde en stenotische hersenvaten na. Computational fluid dynamics en tracer-experimenten bevestigden de verstorende flowpatronen in vernauwde segmenten.
Zowel junction‑eiwitten (CD31, VE‑cadherine, ZO‑1) als de barrièrefunctie (selectieve permeabiliteit) bleven behouden, wat duidt op een volwassen en functioneel endotheel. Onder de verstoorde stroming werd bovendien een duidelijke opregulatie van ontstekingsmarkers waargenomen, een kenmerk van endotheliale ontsteking zoals die in atherosclerose voorkomt.
Belangrijke stap vooruit
Prof. Kim noemt de technologie “een belangrijke stap vooruit op het gebied van cerebrovasculaire modellering”, gezien de anatomische precisie en fysiologische relevantie van de geprinte vaten. De compatibiliteit met verschillende endotheelceltypen maakt het model bruikbaar voor zowel ziektestudies als gepersonaliseerde geneeskunde. Daarnaast markeert het ook een stap richting dierproef‑vrije research, met potentie voor snellere medicijnscreening en toxiciteitsbeoordeling.
Toekomstige verbeteringen kunnen bestaan uit integratie van hersenspecifieke ECM, co‑culturen met vasculaire ondersteunende cellen of het gebruik van patiënt‑afgeleide cellen om de fysiologische nauwkeurigheid en patient-specifieke modellering te verhogen. Ook integratie met organ-on-a‑chip‑platforms en AI-gestuurde analysetools kan realtime monitoring van endotheliale reacties op therapieën mogelijk maken.
Deze ontwikkeling komt erop neer dat door het combineren van bioprinttechnologie met slimme bio-ink en realistische stromingssimulaties dit platform een solide basis biedt om hersenvat-gerelateerde pathologieën zoals beroertes en atherosclerose te doorgronden en de ontwikkeling van gerichte, persoonsgerichte behandelstrategieën te versnellen.
Innovaties voor hersenoperaties
Eerder dit jaar ontwikkelden POSTECH onderzoekers al een innovatief 3D‑geprint breinmodel, het Bioengineered Neural Network (BENN), dat ook de structuur én functie van hersenweefsel nabootst en daarmee verder gaat dan traditionele 2D‑culturen of organoïden. Het model bestaat uit afzonderlijke compartimenten die grijze (neuronen) en witte stof (uitgelijnde axonen) nabootsen, en met elektrische stimulatie worden richtinggecontroleerde neurale netwerken gecreëerd.
In Nederland hebben onderzoekers van het Center for Ultrasound Brain Imaging (CUBE) aan het Erasmus MC onlangs met behulp van functionele echografie (fUS) succesvol de doorbloeding van hersenweefsel, zoals tumoren en functionele hersengebieden, in realtime zichtbaar gemaakt tijdens wakkere hersenoperaties. Deze techniek biedt neurochirurgen een unieke precisie: ze kunnen exact zien waar tumoren zich bevinden en tegelijkertijd vitale hersengebieden identificeren, zodat risico op functionele schade (zoals spraakverlies of motorische problemen) aanzienlijk wordt verminderd.
