Wetenschappers hebben voor de allereerste keer een menselijk hoornvlies bio-engineered met behulp van 3D-printtechniek, wat een stimulans kan zijn voor hoornvliestransplantaties.
Hoornvlies is de transparante koepelvormige buitenste laag van het oog. Het hoornvlies is de eerste lens waar licht doorheen gaat voordat het het netvlies aan de achterkant van het oog raakt. Het hoornvlies speelt een zeer belangrijke rol bij het focussen van het zicht door brekend licht door te laten. Het biedt ook bescherming aan ons oog en elke schade of verwonding kan ernstige aantasting van het gezichtsvermogen en zelfs blindheid veroorzaken. Volgens de WHO hebben ongeveer 10 miljoen mensen wereldwijd een operatie nodig om hoornvliesblindheid te voorkomen die wordt veroorzaakt als gevolg van een ziekte zoals trachoom of een oogaandoening. Vijf miljoen mensen lijden aan totale blindheid die wordt veroorzaakt door littekens op het hoornvlies als gevolg van brandwonden, schaafwonden of een andere aandoening. De enige behandeling voor een beschadigd hoornvlies is het ontvangen van een hoornvliestransplantatiebij corneatransplantaties is de vraag echter groter dan het aanbod. Ook zijn er veel risico's/complicaties verbonden aan hoornvliestransplantaties, waaronder ooginfectie, gebruik van hechtingen enz. Het belangrijkste en ernstige probleem is dat soms het donorweefsel (van het hoornvlies) wordt afgestoten nadat de transplantatie is uitgevoerd. Dit is een precaire situatie en hoewel het zeldzaam is, komt het voor bij 5 tot 30 procent van de patiënten.
Eerste 3D-geprinte menselijke hoornvlies
In een studie gepubliceerd in Experimenteel oogonderzoek, hebben wetenschappers van de Universiteit van Newcastle, VK, voor die tijd de driedimensionale (3D) printtechniek gebruikt om hoornvlies voor het menselijk oog te produceren of 'vervaardigen' en dit zou een zegen kunnen zijn voor het verkrijgen van hoornvliezen voor transplantatie. Met behulp van de gevestigde 3D-bioprinttechnologie gebruikten onderzoekers stamcellen (van menselijk hoornvlies) van een gezond donorhoornvlies en ze mengden ze met alginaat en collageen om een oplossing te creëren die geprint kon worden. Deze oplossing, de bio-inkt, is de belangrijkste vereiste om iets in 3D te printen. Bioprinting is een uitbreiding van traditioneel 3D-printen, maar toegepast op biologisch levende materialen en daarom moet in plaats daarvan een bio-inkt worden gebruikt die bestaat uit "levende celstructuren". Hun unieke gel – bestaande uit alginaat en collageen – is in staat om stamcellen in leven te houden en tegelijkertijd een materiaal te produceren dat stevig genoeg is om in vorm te blijven, maar toch zacht is om uit een 3D-printer te kunnen worden geperst. Onderzoekers gebruikten een eenvoudige, goedkope 3D-bioprinter waarin de door hen voorbereide bio-inkt met succes in concentrische cirkels werd georganiseerd om de koepelvorm van een kunstmatig hoornvlies. De kenmerkende 'gekromde vorm' van het hoornvlies is bereikt wat dit onderzoek tot een succes maakt. Deze afdrukprocedure duurde minder dan 10 minuten. De stamcellen bleken toen te groeien.
Sinds de populariteit van 3D-bioprinting is gestegen, hebben onderzoekers gezocht naar de meest geschikte ideale bio-inkt om op een haalbare en efficiënte manier hoornvliezen te maken. Deze groep van Newcastle University heeft het voortouw genomen en bereikt. Dezelfde groep onderzoekers heeft eerder aangetoond dat ze cellen enkele weken bij kamertemperatuur in leven hielden in een simpele gel van alginaat en collageen. Met deze studie hebben ze dit bruikbare hoornvlies kunnen overbrengen met cellen die een week levensvatbaar blijven op 83 procent. Dus weefsels kunnen worden afgedrukt zonder dat je je zorgen hoeft te maken of ze zullen groeien of niet (dwz in leven blijven), omdat beide dingen in hetzelfde medium haalbaar zijn.
Patiëntspecifiek hoornvlies maken
Onderzoekers hebben in deze studie ook aangetoond dat het hoornvlies kan worden gebouwd om aan de unieke vereisten van elke patiënt te voldoen. Eerst wordt het oog van de patiënt gescand, wat gegevens genereert om het 'afgedrukte hoornvlies' af te stemmen op de exacte gewenste vorm en grootte. De afmetingen zijn ontleend aan het eigenlijke hoornvlies zelf, waardoor afdrukken zeer nauwkeurig en haalbaar is. 3D-printtechnologie is getest bij het produceren kunstmatig hart en enkele andere weefsels. In het verleden zijn er platte weefsels gemaakt, maar volgens de auteurs is dit de eerste keer dat 'gevormde' hoornvliezen zijn geproduceerd. Hoewel deze methode nog steeds een gezond donorhoornvlies vereist, worden stamcellen met succes gebruikt om uit te groeien tot meer cellen in het kunstmatige hoornvlies. Eén gezond hoornvlies zal een beschadigd hoornvlies gewoon niet 'vervangen', maar we zouden genoeg cellen kunnen kweken uit één gedoneerd hoornvlies om 50 kunstmatige hoornvliezen te printen. Dit zal een veel gunstiger scenario zijn dan alleen het doen van een enkele transplantatie.
toekomst
Deze studie bevindt zich nog in een voorbereidend stadium en 3D-geprinte hoornvliezen moeten verder worden geëvalueerd. Onderzoekers geven aan dat hun werk nog enkele jaren zal duren voordat zo'n kunsthoornvlies gebruikt kan worden voor transplantaties, omdat er nog dier- en mensproeven moeten worden uitgevoerd. Er moet ook worden gecontroleerd of dit materiaal functioneel is en er is veel afstemming nodig. Onderzoekers zijn ervan overtuigd dat deze kunstmatige hoornvliezen binnen de komende 5 jaar beschikbaar zullen zijn voor praktisch gebruik. Beschikbaarheid van 3D-printtechnologie is nu geen probleem omdat het goedkoop is geworden en bioprinten goed in opkomst is en er over een paar jaar mogelijk standaardprocedures beschikbaar zijn. Er gaat nu meer aandacht naar het gebruik van stamcellen om beschadigde weefsels opnieuw op te bouwen of te vervangen, terwijl het printaspect van de methode grotendeels gestroomlijnd is.
Deze studie is een belangrijke stap in de richting van een oplossing die ons wereldwijd een onbeperkte voorraad cornea's voor transplantatie kan geven. Verder denken onderzoekers van een Italiaans bedrijf in de richting van het uiteindelijk creëren van '3D-geprinte ogen' die op een vergelijkbare manier zouden worden geconstrueerd door gebruik te maken van potentiële bio-inkt die de voor de hand liggende cellen omvat die nodig zijn om die in een natuurlijk stel ogen te vervangen . De bio-inkten kunnen in verschillende combinaties worden gevarieerd, afhankelijk van de specifieke vereisten. Ze streven ernaar om deze 'kunstogen' tegen 2027 op de markt te hebben. De studie heeft de meest geavanceerde vorm van kunsthoornvlies opgeleverd en heeft bioprinting als mogelijke oplossing voor orgaan- en weefseltekorten naar voren gebracht.
***
{U kunt de originele onderzoekspaper lezen door op de DOI-link hieronder in de lijst met geciteerde bron(nen) te klikken}
Bron (nen)
Isaacson A et al. 2018. 3D-bioprinting van een cornea-stroma-equivalent. Experimenteel oogonderzoek.
https://doi.org/10.1016/j.exer.2018.05.010
