Onderzoekers van de University of Toronto (UoT) en Sunnybrook Health Sciences Centre hebben een handheld apparaat ontwikkeld dat in staat is 3D-bioprints te maken van vellen huid die brandwonden kunnen helen.

Beschreven als een “handheld 3D-printer”, deponeert het apparaat vellen materiaal gevormd door een bioink die de wond bedekt, en helpt het genezingsproces van de huid te versnellen. Het werd ontworpen als een in-situ oplossing om het proces van wondgenezing te helpen versnellen voor patiënten met ernstige brandwonden met een groot oppervlak.

De handheld 3D bioprinter. Foto via UoT.

D printing your skincare routine

Het project achter het handheld apparaat wordt geleid door Richard Cheng (IBBME PhD kandidaat), onder supervisie van professor Axel Guenther (MIE), en in nauwe samenwerking met Dr. Marc Jeschke, directeur van het Ross Tilley Burn Centre, en zijn team in het Sunnybrook Hospital.

Volgens de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) werden in 2018 naar schatting 180.000 sterfgevallen veroorzaakt door brandwonden – de overgrote meerderheid vond plaats in landen met een laag en middeninkomen. Het eerste prototype voor het handheld 3D-bioprintingapparaat werd voor het eerst onthuld in 2018. “De meeste huidige 3D-bioprinters zijn omvangrijk, werken met lage snelheden, zijn duur en zijn niet compatibel met klinische toepassing,” merkte Dr. Axel Guenther destijds op.

Het verschil tussen het prototype dat twee jaar geleden werd ontwikkeld, en het bijgewerkte apparaat dat de onderzoekers in hun paper presenteren, is aantoonbaar bewijs dat het afgezette biomateriaal daadwerkelijk wonden kan genezen: “Eerder bewezen we dat we cellen op een brandwond konden deponeren, maar er was geen bewijs dat er wondhelende voordelen waren – nu hebben we dat aangetoond,” legt Guenther uit.

3D-printen heeft een sleutelrol gespeeld bij het ontwikkelen van innovatieve oplossingen voor medische huidbehandelingen en wondverzorging. Zo ontwikkelden wetenschappers van het VTT Technical Centre of Finland, een non-profitorganisatie voor onderzoek en ontwikkeling in handen van de staat, in 2018 een nanogestructureerd cellulose 3D-printbaar smart-dressing en 3D-geprinte printplaat die huidwonden geneest en bewaakt.

Een ouder prototype van de handheld 3D-bioprinter die huidcellen op een substraat deponeert. Clip via UoT.

De handheld bioprinter

De onderzoekers leggen uit dat de huidige zorgmethode voor brandwonden – autologe huidtransplantatie – niet effectief is bij pogingen om grote, volledige lichaamsverbrandingen te genezen. Autologe huidtransplantatie, een methode waarbij gezonde huid van andere delen van het lichaam op de wond wordt getransplanteerd, kan niet genoeg gezonde huid opleveren om brandwonden over de volle dikte te genezen. Deze ernstige brandwonden worden gekenmerkt door de vernietiging van zowel de buitenste als de binnenste lagen van de huid, die vaak een aanzienlijk deel van het lichaam bedekken.

In het artikel leggen de onderzoekers uit: “De huidige standaard van zorg omvat het verwijderen van beschadigd weefsel uit de wond, gevolgd door het aanbrengen van een autoloog huidtransplantaat met weefsels verkregen met behulp van een dermatoom rechtstreeks uit de eigen huid van de patiënt. Bij brandwonden met een groot oppervlak blijven er echter vaak onvoldoende hoeveelheden gezonde huid over om te oogsten, waardoor deze toepassing bij ernstig letsel wordt uitgesloten.”

De handheld 3D-printer werkt met behulp van een roller om een uniform vel biomateriaal te doseren dat is samengesteld uit een mesenchymale stroma cel (MSC) bioink. MSC’s zijn stamcellen die zich differentiëren in gespecialiseerde celtypen, afhankelijk van hun omgeving. Als zodanig bevordert de MSC bioink in deze context de regeneratie van de huid en vermindert littekenvorming.

Van links: Professor Axel Guenther (MIE) en promovendus Richard Cheng (IBBME). Foto via Daria Perevezentsev/UoT.

Om een oplossing te bieden voor de beperkingen van autologe huidtransplantatie bij de behandeling van grote brandwonden, ontwikkelden de onderzoekers de handheld 3D-bioprinter, zodat deze het biomateriaal op een gebruiksvriendelijke manier kon aanbrengen: “Het modulaire ontwerp van het handheld-instrument verleent de operator volledige controle over de fysieke afmetingen en materiaalsamenstelling van het resulterende huidprecursorblad,” schrijven de auteurs.

Sinds het prototype in 2018 heeft de handheld bioprinter 10 herontwerpen doorgemaakt. Het team streeft ernaar een eindproduct te ontwikkelen dat kan worden gebruikt door chirurgen in een operatiekamer. Het huidige prototype omvat een microfluïdische printkop voor eenmalig gebruik om sterilisatie te garanderen en een zacht wiel dat het spoor van de printkop volgt, waardoor een betere controle mogelijk is voor bredere wonden.

Binnen de komende vijf jaar zou de handheld huidprinter volgens Jeschke in een klinische setting kunnen worden gezien:

“Als het eenmaal in een operatiekamer wordt gebruikt, denk ik dat deze printer levens zal kunnen redden. Met een apparaat als dit zou het de hele manier waarop we brandwonden- en traumazorg beoefenen kunnen veranderen.”

Het artikel, “Handheld instrument for wound-conformal delivery of skin precursor sheets improves healing in full-thickness burns,” is gepubliceerd in Biofabrication.

De nominaties voor de 2020 3D Printing Industry Awards zijn nu open. Wie zou volgens u op de shortlist voor de show van dit jaar moeten komen? Zeg nu uw mening.

Schrijf u in voor de 3D Printing Industry nieuwsbrief voor het laatste nieuws op het gebied van additive manufacturing. U kunt ook op de hoogte blijven door ons te volgen op Twitter en ons te liken op Facebook.

Op zoek naar een carrière in additive manufacturing? Bezoek 3D Printing Jobs voor een selectie van functies in de industrie.

Reageren

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.