Het is Amerikaanse onderzoekers gelukt om ge-3D-print hersenweefsel te laten communiceren en functioneren als een echt menselijk hersennetwerk.

Om beter te begrijpen wat er in de hersenen gebeurt van iemand met bijvoorbeeld de ziekte van Alzheimer of Parkinson, zijn driedimensionale hersenmodellen nodig. Zo’n model lijkt namelijk goed op natuurlijk menselijk weefsel – meer dan cellen in een petrischaaltje.

3D-printers worden al een aantal jaren gebruikt om menselijk weefsel in 3D na te maken, ook voor hersenen. Maar het blijkt nog knap lastig om de communicatie van de cellen in het weefsel te zien. Amerikaanse onderzoekers van de Wisconsin-Madison Universiteit zijn er met een paar aanpassingen eindelijk in geslaagd.

Lees ook:

• 3D-printtechniek kan verschil maken bij hartklepoperaties
• 3D-printer moet huid en botten voor astronauten printen

Dikke inkt

Een 3D-printer bouwt laagjes één voor één op elkaar. Dat kan in verschillende vormen en met verschillende materialen, afhankelijk van het doel. Voor het 3D-printen van hersenweefsel wordt een bio-inkt gebruikt. Dat is een natuurlijke gel waar stamcellen in zitten en die lijkt op menselijk hersenweefsel.  

Voorheen maakten onderzoekers hersenweefsel na door de bio-inkt in laagjes op te stapelen in een verticale structuur. Na het 3D-printen voegden ze er voedingsstoffen en zuurstof aan toe. De stamcellen kunnen zich vervolgens ontwikkelen tot zenuwcellen en groeien naar elkaar toe, om een groot communicerend netwerk te vormen. Tenminste, dat is het idee. Tot nu toe is het nog niet gelukt om met deze methode ook echt functionerend hersenweefsel na te bootsen.

Hetgeen waar onderzoekers tegenaan lopen, is dat de gebruikte gel te dik is. De cellen blijven dan namelijk aan elkaar plakken, waardoor voedingstoffen zich minder makkelijk verspreiden en dat remt de groei van zenuwen. Er ontstaat dan ook geen functionele verbinding tussen de zenuwcellen, zoals in echt hersenweefsel, dus ook geen communicatie tussen deze lagen.

Horizontale structuur

De Amerikaanse onderzoekers hebben het nu anders aangepakt. Met de 3D-printer plaatsten ze het weefsel in een horizontale structuur naast elkaar – in plaats van een verticale. Dat zorgt voor meer stevigheid, waardoor een dikke gel niet meer nodig is.

Bio-inkt gemaakt van een dunnere gel maakt de structuur van het geprinte weefsel zacht, maar is nog steeds stevig genoeg om één geheel te blijven. De onderzoekers hebben met de nieuwe gel verschillende onderdelen van het hersenweefsel naar elkaar toe laten groeien om een hecht netwerk te vormen. Alleen op die manier kan er communicatie tussen de cellen plaatsvinden, en dat maakt het een belangrijke doorbraak. Dat vertelt Regina Luttge, microsysteemonderzoeker en groepsleider neuro-nanoscale engineering aan de Technische Universiteit Eindhoven, aan KIJK.

Parkinson en alzheimer

Met deze doorbraak kunnen wetenschappers beter onderzoeken hoe hersencellen met elkaar communiceren. Bijvoorbeeld bij hersenziekten zoals alzheimer en parkinson zit er een aanpassing in sommige hersencellen. Experts weten wat die aanpassing is, maar niet hoe de hersenen zich daarna gedragen. Met het ge-3d-printe hersenweefsel is dat binnenkort een stuk beter te onderzoeken.

Bronnen: Cell Stem Cell, WNews, IFLScience

Beeld: Andriy Onufriyenko, Getty Images

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!