Bloody hell, met zeewier drukt mijn printer bloedvaten!

Het 3D-printen van bloedvaten, dat was het project dat mij werd toegewezen. Als kersverse masterstudente tissue engineering and regenerative medicine vraag je je dan af hoe dat in vredesnaam mogelijk is. Tijdens je bachelor jaren leer je natuurlijk dat de wetenschap bijna geen grenzen kent, maar toch blijft de vraag knagen hoe je dit zelf voor elkaar gaat krijgen. Het project maakte me een beetje nerveus, maar gelukkig herinnerde ik me één van de mooiste, en in dit geval zeer toepasselijke, zinnen uit De Engelenmaker, een roman van Stefan Brijs: ‘Soms is wat onmogelijk lijkt, alleen maar moeilijk’. Geïnspireerd en gemotiveerd door deze zin, kon ik diverse experimenten uitvoeren, waardevolle resultaten behalen en in een thesis beschrijven. Ik ga hier voor jullie twee jaar werk kort uit de doeken doen!

Waarom Bloedvaten?

Elk orgaan in ons lichaam heeft voeding en zuurstof nodig, maar niet elk orgaan heeft afzonderlijke longen en een maag. Onze organen krijgen deze stoffen door middel van interactie met de bloedstroom. Bloedvaten zijn daarom essentieel in elk deel van ons lichaam! Degenen die af en toe een wetenschappelijk artikel lezen, weten wellicht al dat wetenschappers proberen volledige organen te maken. Zo’n artificieel orgaan is ideaal voor mensen die op een lange wachtlijst staan voor bijvoorbeeld een niertransplantatie. Echter, het grootste probleem bij deze experimenten is dat de organen niet groot genoeg kunnen worden. Waarom niet? Wel, wij groeien ook niet zonder gezonde voeding en zuurstof, dus je kan het al raden, deze kunstmatige organen missen bloedvaten. Het maken van bloedvaten is dus een belangrijk puzzelstukje in de productie van artificiële organen.

Kan dat echt, bloedvaten printen?

Je hebt vast al eens video's op sociale media gezien waarin mensen leuke gadgets 3D-printen. Hetzelfde principe kan worden gebruikt om bloedvaten te maken, maar dan heet het 3D-bioprinten. Bij dit proces worden biomaterialen gebruikt, met name hydrogels, dit zijn gelachtige materialen die veel water bevatten en zacht en flexibel zijn, waardoor ze ideaal zijn om weefsels na te bootsten. Deze hydrogels kunnen ook worden gecombineerd met cellen, wat resulteert in bio-inkt, die je op dezelfde manier kunt gebruiken om te printen. 

Wij gebruikten zelf ook bio-inkt, een hydrogel bestaande uit een gelatine gel gecombineerd met de juiste cellen. Het mengsel wordt dan in een houder van de 3D-bioprinter geplaatst, waarna een computergestuurd systeem ervoor zorgt dat de gewenste structuur geprint wordt. Onze print was tijdens het project een blokje gelatine met daarin cellen, maar hoe is het nu mogelijk dat er daarin bloedvaten ontstaan?

En wat nu met dat zeewier?

Bloedvaten hebben, net zoals al onze andere organen, zuurstof en voedingstoffen nodig om te groeien. Voor het ontwikkelen van de bloedvaten is het dus belangrijk dat we als het ware een blok kaas met gaten ontwikkelen. De gaten in het gelatine blokje noemen we dan poriën. Deze poriën zorgen ervoor dat cellen zuurstof en voeding krijgen en helpen hen zich door de gelatine te verplaatsen voor de ontwikkeling van een goede bloedvatstructuur.

Om poriën te maken in de hydrogel werd tijdens dit project alginaat gebruikt, een biomateriaal gemaakt uit zeewier (Algae) en de echte held van mijn thesis. Alginaatbrokjes, ook wel porogen genoemd, worden gemengd met de bio-inkt en vervolgens geprint. De alginaatporogen zit willekeurig verspreid in het geprinte hydrogelblokje. Om uiteindelijk poriën te creëren, wordt het alginaat opgelost, waardoor het uit de hydrogel verdwijnt en een gelatine blokje vol cellen met gaatjes, dus onze poriën, ontstaat. Onze nieuwe techniek werd dan vergeleken met gelatine gel zonder gaatjes, één van de gouden standaarden binnen dit soort onderzoek. 

Wat gebeurt er uiteindelijk allemaal in dat blokje?

Bloedvaten kunnen ontstaan op twee manieren. Enerzijds is er de vasculogenese, hier ontstaan de bloedvaten als het ware uit het niets, dit gebeurt dan ook voornamelijk wanneer we aan het groeien zijn in de baarmoeder. Anderzijds is er angiogenese: dit mechanisme komt regelmatig voor wanneer ons bloedvatenstelsel hervormd moet worden. De bloedvaten groeien in dit geval uit reeds bestaande vaten. Vasculogenese werd door ons nagebootst door met losse cellen een bio-inkt te maken, de angiogenese bekwamen we door een aan elkaar gegroeid klompje cellen te gebruiken als bouwsteen voor de bio-inkt. 

De hydrogelblokjes uit beide processen werden dan een week in een gepast cultuurmedium bewaard, een voedingrijke vloeistof die de nodige omgeving biedt voor cellen om te groeien en te ontwikkelen tot bloedvaten. Op het einde van dit proces werden er microscopische foto’s van gemaakt. Dit was het spannendste moment in mijn thesiswerk. Toen ik de beelden zag sprong ik een gat in de lucht: het was gelukt! Voor beide processen was het experiment geslaagd en in vergelijking met de pure gelatine gel was het resultaat dan ook nog eens significant beter! Op foto 1a kan je de vasculogenese zien met duidelijk zichtbaar de vorming van verschillende capillairen (kleine bloedvaten). Op foto 2a zie je de angiogenese. Ook hier zijn verschillende capillairen duidelijk zichtbaar die uit het bolletje cellen zijn ontstaan. Je kan ook vaststellen dat er voor de vasculogenese (1b) en de angiogenese (2b) in enkel de gelatine gel weinig tot geen bloedvatvorming is.

Wat nu?

Nu blijkt dat wat onmogelijk leek, inderdaad alleen maar moeilijk was. Een intense twee jaar eindigden in een mooi resultaat! Dit is echter niet het einde van het onderzoek, maar eerder het begin. Er moeten uiteraard nog andere experimenten opgezet en uitgevoerd worden alvorens er gesproken kan worden over echt werkende bloedvaten. Maar dit is al een belangrijke stap voorwaarts in dit soort onderzoek rond bloedvaten en organen!