Onderzoekers hebben voor het eerst een hoornvlies gemaakt dat zich na 3D print automatisch aanpast rond het oog, 4D print dus. Een nieuwe stap in de richting van orgaanproductie op maat op een bijna-industriële manier, meldt Futura Santé.
In juni slaagden onderzoekers van de universiteit van Newcastle erin om een 3D-hoornvlies op maat voor het oog af te drukken. Vandaag heeft datzelfde team een nieuwe stap gezet, met een hoornvlies in 4D dat vorm krijgt nadat het is afgedrukt. Ter herinnering: een 4D-object heeft het vermogen om zichzelf aan te passen als reactie op een stimulus (verandering van temperatuur, elektrische stroom, licht, pH, enz.). In minder dan vijf dagen wordt het kunstmatige hoornvlies zo rond het oog "gevormd" alsof het een natuurlijk hoornvlies is.
Gebogen structuur door diverse contractieniveaus
Een sterk kunstje, gelinkt aan de structuur van het gebruikte materiaal: een gel samengesteld uit collageen en ingekapselde corneale stamcellen. Deze gel wordt aangebracht in twee concentrische cirkels, waarvan bij één amfifiele peptiden worden toegevoegd: moleculen uit verschillende moleculaire ketens (doorgaans een hydrofiele keten en een lipidenketen). Zo kunnen ze zichzelf assembleren.
Deze amfifiele peptiden worden vervolgens geactiveerd door foetaal runderserum. De ring gel die geen peptiden bevat, ondergaat vervolgens een sterke krimp door binding aan hoornvliescellen, terwijl die met de peptiden weinig krimpt. De gelcellen verbinden zich daarna bij voorkeur met de moleculaire ketens van die laatste. Resultaat: de gebogen vorm. "Het proces wordt volledig geleid en gecontroleerd door de cellen zelf," zegt Che Connon, professor in tissue engineering aan de Universiteit van Newcastle en co-auteur van de studie Advanced Functional Materials.
De gel die de amfifiele peptiden (+ PA) bevat, trekt weinig samen, terwijl die zonder peptiden een sterke contractie ondergaat die resulteert in een convexe of concave kromming.
We wisten al hoe 3D-hoornvliezen moeten worden afgedrukt vanuit reeds gemodelleerde matrices, maar die waren niet aanpasbaar. Omgekeerd waren de op maat gemaakte afdrukken verschrikkelijk lang in productie en erg fragiel. "Wat ons onderzoek aantoont, is dat er een sterke link bestaat tussen de vorm en de functionele mogelijkheden van een orgaan”, zegt Martina Miotto, de hoofdauteur van het artikel. "De 4D-structuren hebben biomechanische en fysische eigenschappen (dikte, grootte, dichtheid, transparantie ...) die bijna exact die van een menselijk hoornvlies reproduceren. "
Enorm potentieel
"4D-technologie heeft een enorm potentieel", zegt Che Connon. Het zal bijvoorbeeld niet langer nodig zijn om een grote incisie te maken om een weefsel in te planten. "Het is voldoende om via een kleine opening een orgaan in te brengen, dat vervolgens, eenmaal in het lichaam, zijn definitieve en functionele vorm zal aannemen", legt de onderzoeker uit. Dit opent ook de deur naar productie op grote schaal, omdat het voldoende is om een parameter in de gel te wijzigen om een op maat gemaakt orgaan te verkrijgen in plaats van elke parameter volgens een ander model af te drukken.
