De knie die zichzelf herstelt

Iedereen kent wel iemand met een slechte knie of een versleten gewricht. Artrose treft wereldwijd vijfhonderd miljoen mensen en het aantal stijgt nog steeds. De huidige behandelingen, zoals pijnstilling of het vervangen van een gewricht, pakken de symptomen aan, maar herstellen het beschadigde weefsel zelf niet. Het Vlaamse BIO INX en Nederlandse Smart BioMaterials Center (SBMC) geloven dat 3D-bioprinting dat wel kan. Met steun van CrossRoads werken ze samen aan biomaterialen die bot en kraakbeen kunnen regenereren.

BIO INX ontwikkelt en commercialiseert biomaterialen – zogenaamde bio-inkten – waarmee levende cellen en weefsels driedimensionaal geprint kunnen worden. "Wij zijn gespecialiseerd in biomaterialen, terwijl onze partner expertise heeft in celkweek", zegt Aysu Arslan, co-founder en Chief Scientific Officer bij BIO INX. "Die complementaire expertise is precies waarom we grensoverschrijdend wilden samenwerken."

Binnen het CrossRoads-project ligt de focus op twee specifieke toepassingen: een bio-inkt op basis van gelatine voor kraakbeenregeneratie, en een op basis van een polyester voor botweefsel. Aysu: “Gelatine is een afgeleide van collageen en de gouden standaard in tissue engineering omdat cellen er goed op groeien en het materiaal biologisch afbreekbaar is. De polyester is robuuster en daardoor geschikter voor dragende weefsels, maar minder uitnodigend voor cellen. Daar hebben we binnen het project oplossingen voor gezocht.”

De combinatie van beide materialen maakt het mogelijk om complexe, robuuste structuren te creëren die lijken op natuurlijk weefsel, met als einddoel een ‘levend’ implantaat voor patiënten met bot- en kraakbeendefecten.

SBMC is een onderzoeksorganisatie waar bedrijven terechtkunnen voor geavanceerde onderzoeksinfrastructuur en cleanroomfaciliteiten. "Andere bedrijven kunnen bij ons hun projecten uitvoeren en experimenteren, of wij voeren ze in samenwerking met hen uit", legt expert biofabricatie Lotte Pigmans uit.

De rolverdeling in het project is helder: BIO INX ontwikkelt de bio-inkten, SBMC test ze. "Het is een voortdurend samenspel", zegt Lotte. "Zij ontwikkelen de inkt, wij testen hoe de cellen zich gedragen ten opzichte van de materialen, en als we aanpassingen nodig zien, passen zij de formule aan en testen wij opnieuw."

Dat testproces begint met een rheometer – een toestel dat als kwaliteitscontrole de viscositeit van de inkt meet – waarna de inkt in de 3D-printer gaat. Vervolgens worden cellen op de geprinte structuren gekweekt en wordt hun gedrag nauwkeurig geobserveerd: leven ze? Hoe reageren ze op het materiaal?

Cellen kweken is veeleisend werk. Lotte: "Ze hebben een zeer specifieke omgeving nodig: de juiste temperatuur, het juiste zuurstofgehalte, de juiste voedingsstoffen. Alles standaardiseren zodat de resultaten betrouwbaar en herhaalbaar zijn, is waar het op aankomt."

De eerste resultaten zijn veelbelovend en de kerndoelstellingen van het project zijn inmiddels bereikt: beide bio-inkten zijn ontwikkeld en worden volop getest. De volgende stap richting klinische toepassing is voornamelijk de standaardisering van de productieprocessen. Maar dan begint een andere uitdaging: de regelgeving.

"Bioprinting is een nieuwe technologie en er is nog geen duidelijk pad om dit soort biomaterialen naar de markt te brengen. De regelgeving loopt vaak achter op de wetenschap", zegt Aysu. BIO INX pakt dat proactief aan door zo vroeg mogelijk in contact te treden met bevoegde instanties. "Het is essentieel om de regelgevers mee te nemen in wat we doen, zodat zij begrijpen wat de technologie nodig heeft."

De focus ligt nu dan ook op het opbouwen van een sterke wetenschappelijke basis en het standaardiseren van materialen en processen. Aysu: "Goede wetenschap is één ding, maar reproduceerbare wetenschap is wat telt als je richting klinische toepassingen wil.”

De maatschappelijke urgentie van het project is groot. Artrose is een niet-regeneratieve gewrichtsziekte: het lichaam kan het beschadigde weefsel niet zelf herstellen. "Iedereen kent wel iemand met een slechte knie of heup", zegt Aysu. "Voor die mensen is er vandaag geen echte oplossing. Transplantatie pakt de symptomen aan, maar herstelt het weefsel niet. Met bioprinting kunnen we structuren maken die lijken op echt bot- en kraakbeenweefsel. Dat opent de deur naar nieuwe behandelingen.”

De interesse vanuit de medische wereld is er alvast. Aysu: “Er is een duidelijke klinische behoefte aan dit soort oplossingen. Zowel chirurgen als onderzoekers tonen interesse.”

Voor beide bedrijven is de impact van het project nu al voelbaar. Aysu: “CrossRoads is een ideale opportuniteit om samen te werken met partners over de grens die expertise hebben die jij niet hebt. Zeker in een domein dat zo multidisciplinair is als het onze. Zo krijg je nieuwe inzichten. Met dit project breiden we ons portfolio uit richting bot- en kraakbeenspecifieke bio-inkten en zijn we een stap dichter bij klinische toepassingen.”

Ook voor SBMC ligt de meerwaarde in de kennisuitwisseling. Lotte: “CrossRoads is een goede manier om samen te werken met bedrijven buiten de landsgrenzen en het zet onze kennis en faciliteiten op de kaart. Voor ons betekende dit project vooral een verdieping van onze expertise in 3D-printing voor weefselregeneratie.”

Over het CrossRoads-programma zelf zijn beide partijen uitgesproken positief. "De aanvraag was eenvoudig en de rapportage is intuïtief. Je laadt tijdregistraties op, geen ingewikkelde kostenanalyses. Daardoor konden we ons focussen op wat echt telt: de wetenschap," besluit Aysu.