Maandag 2 september begint de Week van de Orgaandonatie, een periode waarin het belang van orgaandonatie wordt benadrukt en de onbaatzuchtigheid van donoren wordt gevierd. Momenteel wachten meer dan 6 300 mensen in het Verenigd Koninkrijk op een orgaantransplantatie, en helaas sterven er elke dag ongeveer drie mensen die wachten. Als onderdeel van de inspanningen om het aantal donoren te verhogen en een aantal van deze vermijdbare sterfgevallen te verminderen, gaat Engeland in 2020 over op een “opt out”-systeem. Tenzij zij een besluit om niet te doneren hebben vastgelegd, of tot een van de uitgesloten groepen behoren, zullen alle volwassenen in Engeland als orgaandonor worden beschouwd.
Hoewel deze aanpak hopelijk zal leiden tot een verkorting van de tijd die een patiënt moet wachten op een geschikt orgaan voor transplantatie, wordt het andere belangrijke probleem van transplantatie – afstoting – niet aangepakt. Het immuunsysteem van de ontvanger herkent donororganen als “vreemd” en kan ze aanvallen in een poging ze uit het lichaam te verwijderen. Immunosuppressieve medicijnen kunnen helpen om de omvang van afstoting te minimaliseren, maar zijn niet altijd succesvol op lange termijn en het gebruik ervan heeft nadelige gevolgen.
In een ideale wereld zou het niet nodig zijn om op donororganen te vertrouwen. Iedereen die een transplantatie nodig heeft, zou een persoonlijk orgaan krijgen dat in het lab uit zijn eigen cellen wordt gemaakt. Dat betekent niet wachten op een menselijke donor en een minimale kans op afstoting. Hoewel dit momenteel een nogal futuristisch idee lijkt, zetten verschillende onderzoeksgroepen de eerste stappen om dit op een dag werkelijkheid te laten worden.
3D-bioprintingtechnologieën vormen de kern van veel van deze projecten. Voortbouwend op de principes van 3D-printen, maakt bioprinten gebruik van bioinks gemaakt van cellen om levende weefsels laag voor laag af te drukken. Meestal is er ook een of andere vorm van steiger bij het proces betrokken om de cellen te ondersteunen en te beschermen. Door zorgvuldig te controleren welke cellen waar worden geplaatst, kan bioprinten de productie van ingewikkelde biologische structuren mogelijk maken. Er lopen een aantal projecten om deze technologie in te zetten voor het printen van functionele menselijke weefsels, de eerste stap naar het printen van een volledig orgaan.
Het hart
Wetenschappers van de Carnegie Mellon University hebben onlangs aangetoond dat ze hartcomponenten op ware grootte kunnen printen, waaronder cardiomyocyten, hartkleppen en ventrikels. “Wat we hebben laten zien is dat we stukken van het hart kunnen printen uit cellen en collageen tot onderdelen die echt functioneren, zoals een hartklep of een klein kloppend ventrikel,” legde Adam Feinberg, een hoogleraar Biomedische Technologie en Materialen Wetenschap en Techniek uit in een persbericht.
Met behulp van een speciaal ontwikkelde hydrogel waren de onderzoekers in staat om een van de belangrijkste problemen te overwinnen die gepaard gaan met het printen van collageen – voorkomen dat het vervormt. Collageen is het meest voorkomende eiwit in menselijke weefsels, dus de mogelijkheid om het effectief te bioprinten zal ook belangrijk zijn bij het creëren van andere organen dan het hart.
“Het is belangrijk om te begrijpen dat er nog vele jaren van onderzoek moeten worden gedaan,” voegde Feinberg eraan toe. “Maar we moeten blij zijn dat we echt vooruitgang boeken op weg naar de ontwikkeling van functionele menselijke weefsels en organen, en dit artikel is een stap op die weg.”

De longen

Een grote uitdaging bij het creëren van volledig functionerende weefsels en organen is om ze te voorzien van een systeem dat een adequate bloedtoevoer kan leveren en afvalstoffen efficiënt kan verwijderen. Een team van wetenschappers van de Rice University ontwierp onlangs een open-source bioprinting technologie – SLATE (Stero-lithography apparatus for tissue engineering) – die het mogelijk maakt om complexe vasculatuur te creëren.
Het team demonstreerde de mogelijkheden van de technologie door het bioprinten van long-imiterende luchtzakken die beweging van zuurstof toelieten vergelijkbaar met gasuitwisseling die plaatsvindt in de menselijke long alveolaire luchtzakken. De techniek kan ook worden toegepast op het bioprinten van andere weefsels en structuren, zoals bicuspidaliskleppen in het hart.
“Met de toevoeging van multivasculaire en intravasculaire structuur, introduceren we een uitgebreide set van ontwerpvrijheid voor engineering van levend weefsel,” zei Jordan Miller, assistent-professor Bio-engineering aan de Rice University in een persbericht waarin het werk werd gedetailleerd. “We hebben nu de vrijheid om veel van de ingewikkelde structuren te bouwen die in het lichaam worden aangetroffen.”
De nier

In vervolg op onderzoek dat in 2016 werd voltooid, heeft een team van het Wyss-instituut onlangs een 3-D gevasculariseerd proximaal tubule-model gemaakt dat de reabsorptiefunctie van de menselijke nier vollediger nabootst. In het model zijn perfuseerbare tubuli en bloedvaten naast elkaar geprint en zijn ze in staat om met elkaar te communiceren. “We construeren deze levende nierapparaten in een paar dagen en ze kunnen maandenlang stabiel en functioneel blijven,” zei eerste auteur Neil Lin, in een persbericht.
Het werk maakt deel uit van het 3D Organ Engineering Initiative van het Wyss Institute, dat multidisciplinaire onderzoekers samenbrengt met het doel om bio-engineered transplanteerbare weefsels en organen te ontwikkelen.

Er wordt ook door afzonderlijke groepen gewerkt aan het bioprinten van onderdelen van andere organen, zoals de lever, de huid en het hoornvlies.

Hoewel uit deze voorbeelden blijkt dat er grote vooruitgang is geboekt bij het nauwkeurig kunnen printen van functionerende weefsels, zal het waarschijnlijk nog wel even duren voordat het mogelijk is om volledige organen die geschikt zijn voor transplantatie te bioprinten. Om van de kleine, relatief eenvoudige weefselstructuren te komen tot grote, complexe volledige organen zal verdere vooruitgang nodig zijn op gebieden zoals de integratie van het vasculaire netwerk.
Als de technische hindernissen eenmaal zijn overwonnen en volledig functionerende organen met succes kunnen worden gebioprint, kunnen ook uitgebreide veiligheidstests en regelgevingsbeleid de tijdschaal verlengen voordat patiënten een gebioprint orgaan kunnen ontvangen. Hoewel het helaas onwaarschijnlijk is dat bioprinten patiënten kan helpen die momenteel een orgaantransplantatie nodig hebben, zijn velen optimistisch dat het nu een kwestie is van wanneer en niet of er bioprintweefsels en -organen beschikbaar zullen zijn en een alternatieve optie voor orgaandonatie zullen vormen.