De ontdekking gebeurde, zoals zoveel ontdekkingen doen, per ongeluk.
Adam Jakus, toen postdoctoraal onderzoeker in materiaalkunde aan de Northwestern University, werkte met de biologische 'inkt' die zijn lab gebruikt om eierstokken in 3D te printen. Eerder dit jaar werd de weefselinkt met succes gebruikt om eierstokken te bouwen die daadwerkelijk functioneerden, wat leidde tot de geboorte van gezonde muizenjongen. Jakus stond onder de zuurkast van het laboratorium, gooide de container om en morste hem op de laboratoriumbank. Tegen de tijd dat hij het ging opruimen, had het een massieve plaat gevormd.
"Het voelde geweldig, " zei Jakus. “Als je een nieuw biomateriaal maakt en je kunt het niet oppakken of valt het uit elkaar wanneer je het oppakt, dan is het nutteloos.
"Ik had deze gloeilamp laten afgaan - 'we kunnen dit doen met alle andere weefsels waarmee we in ons lab werken.'"
Dus gingen Jakus en zijn collega's zijn hypothese testen. Ze hebben met opzet inkt gemorst of in vormen gegoten om platte vellen te maken. Ze testten verschillende soorten bio-inkten, gemaakt met verschillende organen of weefsels. Voor organen wendden ze zich tot plaatselijke slagers in Chicago, waar ze varkensharten, varkenslevers en verschillende spiervlees kochten. Om de inkten te maken, 'decellulariseerden' ze de organen of weefsels, wat betekent dat ze de cellen verwijderden en de structurele eiwitten achterlieten die bekend staan als de extracellulaire matrix. Dit proces was al goed ingeburgerd in het werk van het lab met 3D-printen. De gedecellulariseerde organen werden vervolgens gedroogd tot een poeder en gecombineerd met een polymeer en vervolgens in papier gegoten.
De resulterende papieren bevatten sporen van de chemicaliën en de eiwitarchitectuur van de organen waaruit ze zijn gemaakt. Hartpapieren behouden een deel van hun 'hartgeheugen', zogezegd. Dit betekent dat de kranten het potentieel hebben om cellen in de buurt te stimuleren om zich op specifieke manieren te gedragen. Dit kan leiden tot een verscheidenheid aan toepassingen, die verschillende laboratoria in Noordwest hebben onderzocht.
Een reproductief wetenschapslaboratorium aan de universiteit heeft ovarieel tissuepapier getest om ovariële follikels (cellen die eieren en hormonen produceren) te laten groeien. De papieren follikels hebben met succes de juiste hormonen geproduceerd. In theorie zou een strook eierstokpapier kunnen worden geïmplanteerd onder de huid van een vrouw die de hormoonfunctie heeft verloren door ziekte of chemotherapie, waardoor mogelijk haar hormoonfunctie en vruchtbaarheid wordt hersteld.
De papieren kunnen mogelijk ook helpen om 3D-geprinte eierstokken te laten springen van muizen naar mensen. Muizen eierstokken hebben een zak vet om zich heen, waardoor het gemakkelijk is om een 3D-geprinte eierstok in een muislichaam te implanteren. Mensen hebben deze dikke zak niet, dus het implanteren van een eierstok zou veel moeilijker zijn. Maar tissuepapier kan worden gebruikt om een kunstmatige zak te maken om vervolgens een 3D-geprinte eierstok te implanteren, zegt Jakus.
Spierweefselpapier kan ook helpen bij wondgenezing en reconstructie.
"Plastisch chirurgen zeiden dat ze perfect zouden zijn voor reparatie en regeneratie van gezichtsspieren, " zegt Jakus. "Het is dun, dus het is perfect voor de platte, ingewikkelde spieren van het gezicht."
Dit kan mensen helpen wiens gezichtsspieren door trauma of mislukte plastische chirurgie zijn beschadigd, zegt Jakus, evenals voor kinderen die zijn geboren met aangeboren afwijkingen van het gezicht.
De tissuepapiertjes lijken op phyllo-deeg, zegt co-auteur Ramille Shah, het hoofd van het laboratorium waar Jakus per ongeluk was gemorst. Als ze droog zijn, kunnen ze worden gestapeld in een koelkast of vriezer. Ze kunnen zelfs vele malen worden gevouwen - Jakus heeft ze in kleine origamivogels gevouwen. Als het nat is, vallen de papieren niet uit elkaar zoals printerpapier, maar kunnen ze worden opgerold, gevouwen, gesneden en gestikt.
Regeneratieve geneeskunde - het maken van nieuwe organen en weefsels door 3D-printen en andere technieken - is de afgelopen jaren de bron van veel opwinding geweest. Het heeft ook enige controverse opgeleverd, waarbij critici zich afvragen of de beloften te veel worden verkocht, aangezien het echte nut voor mensen nog vele jaren kan duren.
De volgende stap voor de nieuwe papieren zal meer dierproeven zijn, zegt Jakus. Hij schat dat sommige papieren zakdoekjes, met name het spierweefsel, binnen vijf jaar in operatiekamers kunnen worden gebruikt. Een menselijk gebruik voor eierstokpapier kan nog een paar jaar duren, zegt hij. In 20 jaar zegt Jakus dat hij graag zou zien dat tissuepapier in combinatie met 3D-printtechnologie wordt gebruikt om complexe biologische structuren te creëren. Een 3D-geprint bot kan bijvoorbeeld worden omgeven door tissuepapierspieren en -zenuwen, waardoor een been wordt gereconstrueerd dat zwaar beschadigd is bij een ongeval. Er is ook potentieel om ooit 3D-printtechnologie en tissuepapier samen te gebruiken om volledige organen voor transplantatie te maken.
"Het maken van de tissuepapieren was relatief eenvoudig", zegt Jakus. "Het moeilijkste is echt om ze te testen."
Het onderzoek werd eerder deze maand gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Functional Materials .
