More Science than Fiction: growing spare parts ex vivo

Het implanteren van biocompatibele materialen is niet nieuw, aan 3D printen van cellen en extracellulaire matrix wordt hard gewerkt en het kweken van vervangende organen lijkt daarmee binnen handbereik. Toch zijn er nog obstakels te overwinnen: Hoe kunnen weefsels op een robuuste en reproduceerbare manier geproduceerd worden? Weefselondersteunende materialen kunnen bijdragen aan de vorm en functie van het implantaat, maar wat als zulke objecten de functie van het orgaan hinderen? Of als ze niet oplossen in het lichaam van de patiënt? Bioplastics zijn natuurlijke polymeren die enzymatisch afgebroken kunnen worden. Wij willen van bioplastics ondersteundende structuren 3D printen die celhechting, deling, differentiatie en celrijping toestaan (Fig. 1). Deze ‘steiger’ is ontworpen om opgeofferd te worden: enzymen moeten de bioplasticsteiger op een weefselvriendelijke manier verwijderen waardoor een op maat gemaakt, functioneel implantaat overblijft.

Dit project wordt geleid door het Kenniscentrum Biobased Economy (KCBBE) van de Hanzehogeschool, die een sterke basis heeft inPHA-polymeerwetenschappen. Tot de projectpartners behoren:  de afdeling Pathologie en Medische Biologie UMCG (Prof. Harmsen) met essentiële expertise in het vloeibaar maken van ECM en regeneratieve geneeskunde; de biofabricagegroep van de Universiteit Groningen/Zernike Institute of Advanced Materials (Dr. Gosia Wlodarczyk-Biegun) die expertise inbrengt in weefsel/polymeer ‘mesh’ hybride materialen met behulp van melt electrowriting; bedrijf EV Biotech ontwerpt en creëert bacteriële celfabrieken en H&P Moulding levert bioplastic moulding faciliteiten terwijl het bekend is met GMP voor de productie van medische producten.

———————————————————

Implanting biocompatible materials is nothing new, 3D printing of cells and extracellular matrix is well underway so growing replacement tissues in a lab is within reach. However, certain obstacles remain: how to culture functional tissues with robust and reproducible 3D architecture? Application of support structures can aid, but what if such scaffolds obstruct functionality of the graft while having limited chance of being degraded within the recipient’s body? Bioplastics are polymers of natural origin that can be degraded enzymatically. We want to use bioplastics for production of 3D printed mesh scaffolds that support cell adhesion, proliferation, differentiation, and maturation (Fig. 1). These scaffolds are designed to be temporal and sacrificial: enzymes will be used to remove the scaffold in a tissue friendly manner prior to implantation allowing tailor made, functional and ideally ‘self-only’ grafts.

This project is led by the Research Centre Biobased Economy (KCBBE) of the Hanze University of Applied Sciences (Dr. Jeroen Siebring) which has a strong foundation for PHA polymer sciences. Project partners include:  Department of Pathology and Medical Biology UMCG (Prof. Marco Harmsen) with essential expertise in generation of organ-derived extracellular matrix and regenerative medicine; the biofabrication group of the University of Groningen/Zernike Institute of Advanced Materials (Dr. Gosia Wlodarczyk-Biegun) which bring expertise in tissue and polymer mesh hybrid materials using melt electrowriting;  company EV Biotech designs and creates bacterial cell factories and H&P Moulding provides bioplastic moulding facilities whilst being familiar with GMP for production of medical grade products.