Concepten en materialen voor tissue
engineering (in opthalmologie) (Prof. Van
den Bogerd)
1. Inleiding
19 ATMP's in de EU:
o 27 in totaal
o 8 ingetrokken
Meerderheid = GTMP's
Aantal TEP's?
1.1. Goal van tissue-engineering
Weefseltechnologie is een multidisciplinair vakgebied dat tot doel heeft om
in vitro natuurlijk weefsel te creëren (dat gebruikt kan worden als
vervanging voor ziek of beschadigd weefsel in het lichaam).
Interdisciplinair veld waarbij we in vitro of ex vivo iets willen maken om
dan een weefsel in de patiënt te gaan vervangen,…
Classificatie per medische discipline (cardiac, opthisch..)
o Medische discipline
o Rol binnen het systeem: vervanging of metabolisme
Wat is weefsel?
o Cellen
o Architectuur
“Scaffold” = ondersteunende functies of membranen die
cellen bij elkaar kunnen houden
o Externe signalen
Groeifactoren
Biomechanica
Topografie
...
Je kan verschillende weefsels maken op
2 manieren: random assembly en
directe assembly of bioprinting.
Random: meer op een manier
dat we zelf organiserend kunnen
noemen cellen plaatsen op
matrix en zo een weefsel maken
1
,2. Random assembly
2.1. Cell sheet engineering
Scaffold free aanpak: cellen kweken en ze zelf een weefsel laten vormen
o Continue laag cellen: geen structuur maken, geen externe stimulatie
nodig
o Creëren van een sterke ECM-laag cellen in kweek brengen en
stoffen aan toevoegen cellen gaan zelf een ECM laag vormen
Thermoresponsieve oppervlakken: cellen kweken op hydrofiel opp
aanhechten uitspreiden ECM laag maken plaat afkoelen, aard van
polymeren onder cel gaan vloeibaar worden, laag gaat loskomen, sheet
aftrekken en transplanteren
Toepassingsgebieden:
o Hoornvlies
o Hartpleister
2.1.1.Voor- en nadelen
Voordelen Nadelen
Geen biosynthetische scaffold nodig Heel dun (hoornvlies 4 µm) en weinig
(cellen maken het zelf) 3D achtige structuren (2D)
Ongeschikt voor
weefselcomplexiteit op hoger
niveau, zoals innervatie en
vasculariteit
Lage immunogeniciteit geen donor Schaalbaarheid: arbeidsintensief en
tijdrovend
Zelf organiserend Sterilisatie: heel moeilijk proces
veel sterilisatieprocessen zijn agressief
of T-gebonden
2.2. Gedecellulariseerde ECM
Gedecellulariseerd orgaan of weefsel
o Van menselijke oorsprong
o Xenogene ECM (bijv. varkens, visschubben)
o Aard
Methoden voor decellularisatie
o Chemisch: pH, toniciteit
o Enzymatisch: trypsine-EDTA
o Fysisch: invriezen, mechanisch (cellen verwijderen met een scalpel)
Amnionmembraan in labo gebruikt interface tussen 2 verschillende
immuun omgevingen bloedgroep van baby niet hetzelfde als de moeder
membraan vol met GF en is volledig transplant
o Stuk van amnionmembraan gebruiken en decellulariseren om dan
op ogen te plaatsen voor cornea regeneratie
2.2.1.Voor- en nadelen
Voordelen Nadelen
De natuurlijke architectuur en Risico op residuele toxische producten
organisatie van het weefsel blijft van het decellularisatieprotocol
2
, behouden
Groter en complexer in
vergelijking met celvellen
Voordelen Nadelen
Laag(er) risico op immunogeniteit door “Wat je ziet, is wat je krijgt”. Er is
verwijdering van cellulair materiaal weinig ruimte voor maatwerk (bijv.
oppervlaktebewerking)
Natuurlijke materialen zijn beter Standaardisatie en opschaling zijn
cytocompatibel (bijv. celadhesie) en beperkt en vormen een uitdagend
bevatten geen toxische bijproducten proces
bij afbraak in vivo
Extra kwaliteitscontrole vereist om
100% decellularisatie te garanderen
(risico op ziekteoverdracht).
Daarom moet er een voorselectie van
bruikbaar weefsel worden gemaakt om
risicovol donorweefsel uit te sluiten.
Sterilisatie is een ingewikkeld proces
3. Directe assembly
Biomaterialen
o ECM bewerken met technieken zoals 3D printing, aangepaste
polymeren voor nodig (verschillende toepassingen obv de oorsprong
van polymeren)
Polymeren en hydrogels
“Een polymeer is een klasse van natuurlijke of synthetische stoffen die bestaan
uit zeer grote moleculen, macromoleculen genaamd, die veelvoudsvormen zijn
van eenvoudigere chemische eenheden, monomeren genaamd. ”
Biologisch resorbable: materialen die door het lichaam kunnen worden
gemetaboliseerd.
Bioabsorbeerbaar: materialen die kunnen oplossen of dispergeren in
lichaamsvloeistoffen en door het lichaam worden uitgescheiden zonder
ketenbreuk, bijvoorbeeld poly(vinylalcohol) (PVA) en poly(ethyleenglycol)
(PEG).
Biologisch afbreekbaar: materialen die door biologische activiteit,
bijvoorbeeld enzymen, worden afgebroken tot metaboliseerbare of
uitscheidbare fragmenten.
Hydrogels
“Een hydrogel is een driedimensionaal (3D) netwerk van hydrofiele polymeren die
in water kunnen opzwellen en een grote hoeveelheid water kunnen vasthouden,
terwijl ze hun structuur behouden dankzij chemische of fysische verknopingen
tussen afzonderlijke polymeerketens.”
3D-structuur
Hoog watergehalte
Mechanische ondersteuning voor cellen
Simuleert extracellulaire matrix
Polymeer crosslinking
Fysische crosslinking Chemische crosslinking
“Reversibele gel” “Permanente gel”
3
engineering (in opthalmologie) (Prof. Van
den Bogerd)
1. Inleiding
19 ATMP's in de EU:
o 27 in totaal
o 8 ingetrokken
Meerderheid = GTMP's
Aantal TEP's?
1.1. Goal van tissue-engineering
Weefseltechnologie is een multidisciplinair vakgebied dat tot doel heeft om
in vitro natuurlijk weefsel te creëren (dat gebruikt kan worden als
vervanging voor ziek of beschadigd weefsel in het lichaam).
Interdisciplinair veld waarbij we in vitro of ex vivo iets willen maken om
dan een weefsel in de patiënt te gaan vervangen,…
Classificatie per medische discipline (cardiac, opthisch..)
o Medische discipline
o Rol binnen het systeem: vervanging of metabolisme
Wat is weefsel?
o Cellen
o Architectuur
“Scaffold” = ondersteunende functies of membranen die
cellen bij elkaar kunnen houden
o Externe signalen
Groeifactoren
Biomechanica
Topografie
...
Je kan verschillende weefsels maken op
2 manieren: random assembly en
directe assembly of bioprinting.
Random: meer op een manier
dat we zelf organiserend kunnen
noemen cellen plaatsen op
matrix en zo een weefsel maken
1
,2. Random assembly
2.1. Cell sheet engineering
Scaffold free aanpak: cellen kweken en ze zelf een weefsel laten vormen
o Continue laag cellen: geen structuur maken, geen externe stimulatie
nodig
o Creëren van een sterke ECM-laag cellen in kweek brengen en
stoffen aan toevoegen cellen gaan zelf een ECM laag vormen
Thermoresponsieve oppervlakken: cellen kweken op hydrofiel opp
aanhechten uitspreiden ECM laag maken plaat afkoelen, aard van
polymeren onder cel gaan vloeibaar worden, laag gaat loskomen, sheet
aftrekken en transplanteren
Toepassingsgebieden:
o Hoornvlies
o Hartpleister
2.1.1.Voor- en nadelen
Voordelen Nadelen
Geen biosynthetische scaffold nodig Heel dun (hoornvlies 4 µm) en weinig
(cellen maken het zelf) 3D achtige structuren (2D)
Ongeschikt voor
weefselcomplexiteit op hoger
niveau, zoals innervatie en
vasculariteit
Lage immunogeniciteit geen donor Schaalbaarheid: arbeidsintensief en
tijdrovend
Zelf organiserend Sterilisatie: heel moeilijk proces
veel sterilisatieprocessen zijn agressief
of T-gebonden
2.2. Gedecellulariseerde ECM
Gedecellulariseerd orgaan of weefsel
o Van menselijke oorsprong
o Xenogene ECM (bijv. varkens, visschubben)
o Aard
Methoden voor decellularisatie
o Chemisch: pH, toniciteit
o Enzymatisch: trypsine-EDTA
o Fysisch: invriezen, mechanisch (cellen verwijderen met een scalpel)
Amnionmembraan in labo gebruikt interface tussen 2 verschillende
immuun omgevingen bloedgroep van baby niet hetzelfde als de moeder
membraan vol met GF en is volledig transplant
o Stuk van amnionmembraan gebruiken en decellulariseren om dan
op ogen te plaatsen voor cornea regeneratie
2.2.1.Voor- en nadelen
Voordelen Nadelen
De natuurlijke architectuur en Risico op residuele toxische producten
organisatie van het weefsel blijft van het decellularisatieprotocol
2
, behouden
Groter en complexer in
vergelijking met celvellen
Voordelen Nadelen
Laag(er) risico op immunogeniteit door “Wat je ziet, is wat je krijgt”. Er is
verwijdering van cellulair materiaal weinig ruimte voor maatwerk (bijv.
oppervlaktebewerking)
Natuurlijke materialen zijn beter Standaardisatie en opschaling zijn
cytocompatibel (bijv. celadhesie) en beperkt en vormen een uitdagend
bevatten geen toxische bijproducten proces
bij afbraak in vivo
Extra kwaliteitscontrole vereist om
100% decellularisatie te garanderen
(risico op ziekteoverdracht).
Daarom moet er een voorselectie van
bruikbaar weefsel worden gemaakt om
risicovol donorweefsel uit te sluiten.
Sterilisatie is een ingewikkeld proces
3. Directe assembly
Biomaterialen
o ECM bewerken met technieken zoals 3D printing, aangepaste
polymeren voor nodig (verschillende toepassingen obv de oorsprong
van polymeren)
Polymeren en hydrogels
“Een polymeer is een klasse van natuurlijke of synthetische stoffen die bestaan
uit zeer grote moleculen, macromoleculen genaamd, die veelvoudsvormen zijn
van eenvoudigere chemische eenheden, monomeren genaamd. ”
Biologisch resorbable: materialen die door het lichaam kunnen worden
gemetaboliseerd.
Bioabsorbeerbaar: materialen die kunnen oplossen of dispergeren in
lichaamsvloeistoffen en door het lichaam worden uitgescheiden zonder
ketenbreuk, bijvoorbeeld poly(vinylalcohol) (PVA) en poly(ethyleenglycol)
(PEG).
Biologisch afbreekbaar: materialen die door biologische activiteit,
bijvoorbeeld enzymen, worden afgebroken tot metaboliseerbare of
uitscheidbare fragmenten.
Hydrogels
“Een hydrogel is een driedimensionaal (3D) netwerk van hydrofiele polymeren die
in water kunnen opzwellen en een grote hoeveelheid water kunnen vasthouden,
terwijl ze hun structuur behouden dankzij chemische of fysische verknopingen
tussen afzonderlijke polymeerketens.”
3D-structuur
Hoog watergehalte
Mechanische ondersteuning voor cellen
Simuleert extracellulaire matrix
Polymeer crosslinking
Fysische crosslinking Chemische crosslinking
“Reversibele gel” “Permanente gel”
3
