De gezondheid van de mens is de achilleshiel van de ruimtevaart. Onderzoekers van ETH Zürich zijn er nu in geslaagd om complex spierweefsel te printen in gewichtloosheid. Hierdoor kunnen in de toekomst medicijnen voor ruimtemissies worden getest. Op weg naar de ruimte verslechtert het lichaam van astronauten drastisch in gewichtloosheid. Om dit probleem aan te pakken en onze pioniers in de ruimte te beschermen, zijn onderzoekers op zoek naar realistische testmodellen.
Dit is precies waar het onderzoek van een team van de ETH Zürich om de hoek komt kijken. Om spierweefsel onder zo nauwkeurig mogelijke omstandigheden te produceren, gebruikte het onderzoeksteam onder leiding van Parth Chansoria parabolische vluchten om de microzwaartekracht van de ruimte gedurende een korte periode te simuleren. Deze technische prestatie brengt de onderzoekers dichter bij hun langetermijndoel: het kweken van menselijk weefsel in een baan om de aarde om ziekten te bestuderen en nieuwe therapieën te ontwikkelen.
Waarom produceren in gewichtloosheid?
De productie van fijne, biologische structuren zoals spierweefsel vormt een grote uitdaging onder normale zwaartekrachtomstandigheden op aarde. Het doel is om weefsel te printen dat er precies zo uitziet als de natuurlijke structuren in het lichaam. De zwaartekracht bemoeilijkt dit proces echter. Voor 3D-printen gebruiken onderzoekers een speciale stof, bio-inkt genaamd. Deze bestaat uit een dragermateriaal gemengd met levende cellen. Het gewicht van de bio-inkt en de ingebedde cellen kan ervoor zorgen dat de structuren instorten of vervormen voordat het materiaal kan uitharden. Bovendien kunnen de cellen ongelijkmatig in de bio-inkt zakken. Dit leidt tot minder realistische modellen. Onder microzwaartekracht verdwijnen deze verstorende krachten. Zonder structurele spanning kunnen onderzoekers spiervezels produceren die precies zo zijn uitgelijnd als in het lichaam. Deze nauwkeurige constructie is cruciaal: alleen modellen die de structuur van het menselijk lichaam nauwkeurig weergeven, leveren betrouwbare resultaten op bij het testen van nieuwe geneesmiddelen of het bestuderen van ziekteprogressie.
Een nieuw zwaartekracht-onafhankelijk systeem
Daartoe ontwikkelden de ETH-onderzoekers een nieuw biofabricagesysteem genaamd G-FLight (Gravity-independent Filamented Light). Dit systeem maakt het mogelijk om binnen enkele seconden levensvatbare spierconstructies te produceren. Met behulp van een speciale bioharsformule voerde het team 3D-printing uit tijdens de gewichtloze fasen van 30 parabolische cycli. De resultaten toonden aan dat het in microzwaartekracht geprinte weefsel een vergelijkbare celviabiliteit en een vergelijkbaar aantal spiervezels had als het onder zwaartekracht geprinte weefsel. Bovendien maakt het ontwikkelde proces langdurige opslag van de met cellen geladen bioharsen mogelijk, wat ideaal is voor toekomstige toepassingen in de ruimte.
Ziektemodellen buiten de aarde
De succesvolle productie van spierconstructies in microzwaartekracht betekent een belangrijke stap voorwaarts voor weefseltechnologie in ruimteonderzoek en biogeneeskunde. Het doel is om deze technieken te gebruiken om complexe menselijke organoïden en weefsels te produceren aan boord van het internationale ruimtestation ISS of toekomstige orbitale platforms. In de ruimte kunnen onderzoekers dankzij deze “orgaanmodellen” fundamenteel onderzoek doen: ze worden gebruikt om ziekten zoals spierdystrofie of spieratrofie als gevolg van gewichtloosheid te bestuderen. Bovendien kunnen ze worden gebruikt om de effectiviteit van therapieën te testen in een systeem dat de complexiteit van het menselijk lichaam beter weerspiegelt, omdat 3D-printen in gewichtloosheid het mogelijk maakt om spiervezels met grote precisie en nauwkeurigheid uit te lijnen.
Bron: Phys.org
