In minder dan drie jaar kunnen patiënten die op een levertransplantatie wachten een 3D-geprint stukje leverweefsel ter grootte van een dollar ontvangen dat hun leven kan verlengen.
Bio-printingbedrijf Organovo uit San Diego heeft al aangetoond dat zijn 3D-geprinte leverweefselpatches zijn blijven functioneren wanneer ze in muizen zijn geïmplanteerd. De volgende stap: menselijke wezens.
Het 10 jaar oude bedrijf ontwikkelde een bioprinting-proces dat op maat kan worden gemaakt om weefsel in verschillende formaten te produceren, waaronder menselijk leverweefsel op microschaal en, meest recentelijk, nierweefsel.
Organovo’s 3D-geprinte weefsel is gebruikt om het preklinische test- en ontdekkingsproces van geneesmiddelen te versnellen. Traditioneel testen en ontwikkelen maakt gebruik van dierlijke of een klein monster van menselijke cellen geplaatst in een petrischaal, kan gemiddeld $ 1,2 miljard kosten en een dozijn jaar duren. De kosten zijn hoog, deels, omdat 90% van de geneesmiddelen niet door de dierlijke en menselijke klinische proeven komt, zodat onderzoekers steeds weer terug moeten naar de spreekwoordelijke tekentafel totdat ze slagen.
De bioprinttechnologie, die eind 2014 voor het eerst commercieel in gebruik werd genomen, creëert het weefsel met meerdere celtypen om levende organen beter na te bootsen.
“Wanneer je levercellen neemt en ze op een petrischaaltje legt, hebben die nooit alle aspecten van de normale menselijke leverbiologie, omdat ze uit hun normale context worden gehaald en in dat schaaltje worden gelegd… en levercellen zijn veel ongelukkiger dan de meeste cellen in die omgeving,” zei Organovo CEO Keith Murphy.
Het grootste struikelblok bij het creëren van weefsel blijft de productie van het vasculaire systeem dat nodig is om het van levensonderhoudende zuurstof en voedingsstoffen te voorzien. Levende cellen kunnen letterlijk sterven voordat het weefsel van de printertafel komt.
Organovo’s bioprinting-proces kan worden aangepast om weefsels in verschillende formaten te produceren, waaronder deze menselijke leverweefsels op microschaal in standaardweefselkweekplaten met meerdere putjes voor het testen van geneesmiddelen.
De ExVive 3D-bioprinting-weefsels van menselijke lever en nieren van Organovo worden aangeprezen als een doorbraak voor de veiligheid en ontwikkeling van geneesmiddelen.
De bioprinting-technologie creëert het weefsel en een afzonderlijk netwerk van capillaire bloedcellen die het transport van levengevend bloed kunnen nabootsen. De vaten zijn opgebouwd uit drie verschillende celtypen die ongeveer 20 lagen diep of ongeveer 500 micron dik zijn gestapeld. Eerst komt een laag menselijke fibroblasten, dan een laag van 250 micron menselijke vasculaire gladde spiercellen en dan een dunne laag menselijke vasculaire endotheelcellen.
Voor enig perspectief op hoe dun de geprinte vasculatuur is, bedenk dat een vel printerpapier 100 micron dik is. Het weefsel dat Organovo heeft geprint, heeft dus de dikte van vijf op elkaar gestapelde vellen papier.
Organovo’s 3D-geprinte weefsel wordt al gebruikt door 11 van ’s werelds 25 grootste farmaceutische bedrijven, zoals Merck & Co, Bristol-Myers Squibb Co. en het in Japan gevestigde Astellas Pharma Inc.
Zowel Merck als Astellas hebben deze maand op de Society of Toxicology Conference gegevens vrijgegeven waaruit blijkt dat 3D-geprint weefsel superieur is in vergelijking met traditionele testmethoden voor geneesmiddelen.
De technologie van het bedrijf wordt nu ook gebruikt door kleine, door durfkapitaal gesteunde farmaceutische bedrijven, die meestal werken aan slechts één of twee geneesmiddelenontwikkelingsprojecten tegelijk.
Meer recent heeft de technologie ook het potentieel aangetoond voor het “printen” van grotere therapeutische weefsels die worden gebruikt in de transplantatiegeneeskunde.
“We werken nu toe naar klinische proeven met leverpatches voor directe overdracht aan patiënten,” zei Murphy. “Het is nog vroeg op dit front; het is geen volledig orgaan, waarvan we wel denken dat we op langere termijn kunnen komen.
“Wat we zeiden is hoe kunnen we de meeste mensen helpen in het kortste tijdsbestek. Omdat we in staat zijn om dit leverweefsel in een schaal te maken, zeiden we laten we iets maken met behulp van dezelfde technologie, maar het zo groot mogelijk maken om in patiënten te plaatsen.”
Wat Organovo heeft geproduceerd is een lever “patch” ongeveer de grootte en dikte van een dollarbiljet dat kan worden geïmplanteerd in patiënten die in afwachting zijn van een levertransplantatie.
“Wat het kan doen is in wezen deze patiënten nemen … en ze dragen voor een of twee jaar om hen een betere leverfunctie te geven en hen een brug te laten slaan naar een transplantatie,” zei Murphy. “Dus het houdt ze uit het ziekenhuis terwijl ze wachten op een transplantatie.”
“We hebben actieve dierproeven gaande en we streven ernaar om het in patiënten te hebben zo snel als het jaar 2020,” voegde hij eraan toe.
Bij muizen is aangetoond dat de leverweefselpatches al zeven dagen na de transplantatie en gedurende ten minste 28 dagen na de implantatie bloed beginnen te circuleren.
De therapudische leverpatchtransplantaties zullen waarschijnlijk eerst worden gebruikt bij patiënten met acuut, chronisch leverfalen en pediatrische patiënten, waar de behoefte het meest kritisch is. Organovo is van plan een aanvraag voor een “Investigational New Drug” in te dienen bij de Amerikaanse Food and Drug Administration voor zijn therapeutische leverweefsel.
De totale marktopportuniteit voor de therapeutische levertransplantaties bedraagt meer dan $ 3 miljard in de V.S., volgens Organovo.
Organovo is niet de enige onderzoeksfaciliteit die werkt aan het printen van menselijk weefsel voor implantaten en het testen van geneesmiddelen.
Vorig jaar publiceerde de Universiteit van San Diego een rapport waaruit bleek dat het erin was geslaagd om zowel leverweefsel als een vasculair systeem te printen.
De lever speelt een cruciale rol in de manier waarop het lichaam geneesmiddelen metaboliseert en belangrijke eiwitten produceert — daarom worden geprinte levermodellen in toenemende mate in het lab ontwikkeld als platforms voor het screenen op geneesmiddelen.
MaRS Innovations heeft samen met de University of Toronto de PrintAlive Bioprinter ontwikkeld, die huidcellen nabootst door het geprinte weefsel door verschillende kanalen te duwen om een dunne laag weefsel te creëren.
Andere bedrijven zijn erin geslaagd om huid te printen met behulp van de eigen cellen van een patiënt voor transplantatiedoeleinden. Zo heeft MaRS Innovations in samenwerking met het Innovations and Partnerships Office (IPO) van de universiteit van Toronto de PrintAlive Bioprinter gemaakt om een machine te maken die huid print die van een miniband rolt.
En het Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering van de universiteit van Harvard heeft een 3D-printer gemaakt die vier verschillende soorten cellen tegelijk kan neerleggen. De doorbraak in dat onderzoek was de mogelijkheid om bloedvaten te maken die levend weefsel kunnen voeden.