Longziekten zoals tuberculose en taaislijmziekte blijven wereldwijd moeilijk te behandelen. Een belangrijke oorzaak ligt in het gebrek aan realistische modellen om deze aandoeningen te bestuderen: tweedimensionale celmodellen doen geen recht aan de complexe structuur van menselijke longen, terwijl diermodellen onvoldoende voorspellend zijn voor de menselijke reactie op ziekteverwekkers.
Onderzoekers van de University of Saskatchewan (USask), verbonden aan de Vaccine and Infectious Disease Organization (VIDO) en het College of Engineering, werken daarom aan een innovatieve oplossing: een 3D-geprint longweefselmodel dat de menselijke long nauwkeurig nabootst. “We missen een realistisch model voor longziekten, en dat belemmert de ontwikkeling van effectieve behandelingen. Met een driedimensionaal longmodel kunnen we veel beter onderzoeken hoe medicijnen en ziekteverwekkers zich in de longen gedragen”, zegt dr. Nuraina Dahlan van VIDO.
Biotechnologie en 3D-printtechniek
Het onderzoeksteam, onder leiding van drs. Neeraj Dhar, Arinjay Banerjee (VIDO) en Daniel Chen (College of Engineering), combineert biotechnologie en 3D-printtechniek. De onderzoekers gebruiken speciale ‘bio-inks’ met levende cellen om een realistisch longweefsel te printen. Met behulp van de Canadian Light Source konden ze de interne structuur en functie van het weefsel analyseren zonder de monsters te beschadigen.
De eerste resultaten zijn veelbelovend: menselijke longcellen overleven en functioneren in de geprinte omgeving, wat erop wijst dat het model geschikt is voor celgroei en verdere ziekteonderzoeken. In de volgende fase zal het team nieuwe 3D-geprinte longen blootstellen aan infecties om hun reacties te bestuderen. Het onderzoek werd onlangs gepubliceerd in Biomaterials Advances.
Exact model van menselijke long
Volgens Dahlan zou een model dat de menselijke long volledig nabootst, een gamechanger zijn voor onderzoek en behandeling. “Met zo’n model kunnen we ziektes beter begrijpen, patiëntspecifieke therapieën ontwikkelen en uiteindelijk zelfs complete longen in het laboratorium kweken,” aldus Dahlan.
De einddoelstelling van deze zogeheten lung tissue engineering is ambitieus maar helder: laboratoriumgegroeide longen die niet alleen gebruikt worden voor onderzoek, maar ook als alternatief voor transplantatie. Dit opent de deur naar persoonlijke behandelstrategieën, waarbij medicijnen vooraf getest kunnen worden op hun geschiktheid voor een specifieke patiënt. “Een nauwkeurig longmodel biedt nieuwe mogelijkheden voor zowel preventie als behandeling van longziekten,” besluit Dahlan.
3D-technologie en longonderzoek
Eerder dit jaar ontwikkelden onderzoekers van de University of British Columbia Okanagan (UBCO) een realistisch 3D-geprint longmodel dat een belangrijke stap vormt richting gepersonaliseerde longzorg. Het team van dr. Emmanuel Osei wist met een speciaal ontworpen bio-inkt een hydrogel te printen waarin verschillende celtypes en kanaalstructuren de bloedvaten en luchtwegen van de long nabootsen. Dankzij de toevoeging van vasculaire componenten kan het model ook de bloedstroom simuleren, wat cruciaal is voor onderzoek naar ontstekingen, kanker en fibrose.
Het model maakt het mogelijk om longcellen van patiënten te gebruiken voor het ontwikkelen van persoonlijke testmodellen, waardoor onderzoek naar medicijnen en therapieën efficiënter en patiëntgerichter wordt. De klinische toepasbaarheid werd bevestigd toen blootstelling aan sigarettenrook leidde tot een herkenbare ontstekingsreactie. Volgens Osei kan deze technologie het proces van geneesmiddelenontwikkeling versnellen en vormt het een solide basis voor maatwerkbehandelingen bij complexe longziekten zoals astma, COPD en longkanker.
