Met de uitbraak van nieuwe virussen en hoge sterftecijfers van longziekten, zijn modellen van het menselijke ademhalingssysteem dringend nodig om het ziekteverloop en de werkzaamheid van geneesmiddelen te bestuderen. Door de complexe structuur van een long, is het echter een grote uitdaging om kunstmatig longweefsel te creëren. In een nieuwe studie lijkt nu de eerste stap gezet: longblaasjes uit een 3D-printer.
Het team heeft een driedimensionaal longmodel gemaakt dat een verscheidenheid aan menselijke alveolaire cellijnen bevat, ofwel cellen die de longblaasjes vormen. De nieuwe techniek, ook wel Inkjet bioprinting genoemd, trekt de aandacht omdat het de toekomstige productie van gestandaardiseerde en op de patiënt afgestemde weefsels mogelijk maakt, wat in grote hoeveelheden kan worden geproduceerd. Het model kan worden gebruikt als alternatief voor traditionele testmodellen voor pathologische en farmaceutische toepassingen.
Complexe structuur
Wanneer we ademen, vindt er uitwisseling plaats van zuurstof en koolstofdioxide in onze alveoli (longblaasjes). De structuur van deze blaasjes is echter erg complex. Het team heeft getracht om een model te maken dat deze structuur nabootst. Het drielaagse alveolaire barrière-model heeft een dikte van 10 micrometer, ongeveer een vijfde van de dikte van een haar, en reageert op een vergelijkbare wijze op de aanwezigheid van virussen als normaal weefsel: blootstelling aan het influenzavirus liet een antivirale respons van het geprinte weefsel zien.
Hoogleraar Celbiologie en Immunologie van Longziekten Pieter Hiemstra (Leids Universitair Medisch Centrum): ‘Het is een spannende nieuwe techniek die bijdraagt aan de vervanging van dierproeven, en in de toekomst misschien zelfs een rol kan spelen in de productie van weefsel voor transplantatie. Veel studies in dit veld zijn tot nu toe gedaan met relatief simpele weefsels (zoals de huid), maar er is nog weinig ervaring met het bioprinten van longweefsel. Dat is uitdagend, omdat de structuur van luchtwegen en longblaasjes complex is.
‘Het mooie is ook dat het alveolaire model bestaat uit cellijnen die enigszins representatief zijn voor de relevante celtypes die centraal staan in de alveolus. De vorm van het longblaasjes werd echter niet nagebootst, en de capillairen (kleine bloedvaatjes) ontbreken nog. Wel hebben de onderzoekers experimentele infecties uitgevoerd met het influenzavirus. Dat laatste is natuurlijk ook weer interessant in deze tijd van SARS-CoV-2 infecties.’
Lung-on-a-chip
Hoogleraar longpathologie Wim Timens (UMC Groningen) ‘Eerder is al gekeken naar vergelijkbare methodes, waaronder de ‘lung-on-a-chip’. Met ‘lung-on-a-chip’ ben je echter afhankelijk van het weefsel dat je hebt, en dit kun je minder goed manipuleren. Wat in dit model nieuw is, is dat je bijvoorbeeld ook bepaalde stukjes DNA in de cellen kan brengen waardoor ze specifieke moleculen tot expressie gaan brengen. Je kunt als het ware zelf kiezen wat je in het model stopt. Op die manier ontstaan er ook cel-cel-interacties die je in het lichaam ook hebt. Het model kan in grote hoeveelheden geproduceerd worden en het vergt ook een stuk minder technologie dan lung-on-a-chip’.
‘Wel is het belangrijk om je ervan bewust te zijn dat het om een model gaat: het is geen mini-orgaan dat een op een overeenkomt met een echte long, cellijnen gedragen zich anders. Een goede vervolgstap zou zijn om naast dit model patiëntcellen te gebruiken om hiermee steeds dichter bij een echt ziektemodel te komen. Kortom: mooi model, netjes uitgewerkt en het voegt echt iets toe. Het is iets wat heel veel onderzoekers kunnen gaan gebruiken.’
Bron: Advanced Science
Schrijf je in op onze nieuwsbrief
En blijf op de hoogte van de laatste inzichten in wetenschap en technologie.