Slut med forsøgsdyr: Tyndtarm 3D-printes på DTU til test af medicin
Når man udvikler ny medicin, er det helt essentielt at vide, hvordan medicinen bliver optaget i kroppen, hvilket især sker i tyndtarmen. Kun på den måde kan man vide, om det får den ønskede effekt eller ej.
Her kommer forsøgsdyr i form af mus og rotter ofte i spil, men endnu mere troværdige ville testene blive, hvis de var testet på mennesketarm.
Adgangen til mennesketarm er dog ikke helt nem, før man når de kliniske forsøg, men nu har en gruppe forskere fra DTU Nanotech skudt genvej ved simpelthen at printe strukturen af et stykke tarmvæg ud af syntetiske polymerer.
»Naturen har sørget for masser af væg i tarmen med celler og blodkar, som optager forskellige stoffer. Det 3D-printer vi en kopi af, som bedre gør os i stand til at forstå, hvordan vi snyder naturen,« siger Niels Bent Larsen, professor på DTU Nanotech.
Forskerne har selv bygget printeren, som skaber de små stykker tarmvæg på op til 1 cm3, og selv om der er tale om små stykker, har de en del overflade at arbejde med. Printeren kopierer nemlig de strukturer og udposninger, vi også har i vores egne tarmvægge, og som sørger for, at vi har så meget overflade som muligt til optagelse af næringsstoffer. Denne artikel er en del af en serie, hvor vi sætter fokus på brug af 3D-print i den danske sundhedssektor. Hvilke print gør allerede livet lettere for læger og patienter, og hvilke vil udspringe af dansk forskning inden for de nærmeste år? Øvrige publicerede artikler i serien: Læs også: 3D-print forvandler ‘cirka’ til ‘præcist’ på Rigshospitalets operationsstue Læs også: Aarhus-forskere bruger 3D-printede svampe til at levere livsvigtig medicin Læs også: Spørg Fagfolket: Kan man 3D-printe med wolfram? Læs også: 3D-print skal gøre dansk sygehusmad mere appetitlig Læs også: Aarhusianske læger vil 3D-printe stamceller til nye bryster Læs også: Slut med at lave aftryk: Nu skal tænder 3D-printes
3D-print i sundhedsvæsenet
Læs også: Elektronisk pille måler de indre gasser
Tilføjer tarmceller fra mennesker
Ligeledes printer den kopier af de omgivende mikro-blodkar, og det er på nuværende tidspunkt allerede lykkedes at pumpe væske gennem både tyndtarmskanal og blodkar.
Tarmkanalen er produceret i stærkt vandsugende hydrogeler, med det formål at ilt, næringsstoffer og den medicin, man ønsker testet, kan sprede sig. Samme materiale er brugt til blodkarrene, som er printet som små rør, der tillader ilt og næringsstoffer at bevæge sig ud til cellerne i tarmen.
Når formen af det lille stykke tarm er printet i hydrogel, kan forskerne tilføje tarmceller fra mennesker i kanalen for at simulere virkeligheden mest muligt. Og det er her, projektet er nået til nu, fortæller Niels Bent Larsen.
»Vi er i gang med at dyrke dem nu. Cellerne skal sætte sig og vokse i en periode fra nogle dage til en måned, før vi kan bruge tarmen,« fortæller han.
At printe et stykke så detaljeret tyndtarm kræver selvsagt en printer, som kan printe meget fine detaljer. Blodkarrene i et menneske kan nå ned på en diameter på 10 mikrometer, hvilket svarer til de fineste detaljer, printeren kan levere.
Læs også: Kunstig tarm og bakteriofager skal afhjælpe overforbrug af antibiotika og zink
Mange anvendelsesmuligheder
I første omgang printes alt i en blød hydrogel. På længere sigt vil den bløde hydrogel blive kombineret med en printet ramme i et stivere polymermateriale, som gør det nemmere at håndtere det lille tarmstykke.
Forskerne på DTU har allerede vist, at begge materialer kan printes samtidig, og at der kan pumpes væske gennem de printede blodkar.
Som det er gængs med 3D-print, er modellen først tegnet i software, hvorefter designet er ’skåret’ over i en række tynde lag, som kan udføres lag på lag af printeren.
Det lille stykke tarm har mange anvendelsesmuligheder, understreger Niels Bent Larsen.
Ud over det dyreetiske kan man i princippet også printe så stor en ’kohorte’ ud, man ønsker, i sit forsøg. Mennesker og mus er forskellige, både fra hinanden og internt i grupperne, men den printede tarm kan gøres ens hver gang, og der kan køres mange forsøg parallelt.
»Medicinalfirmaerne vil også kunne lægge overliggeren et andet sted. Der kan være flere lovende medikamenter, som ikke når helt til kliniske forsøg, fordi de af sikkerhedshensyn ikke tør gå videre med dem. Her får vi en mere præcis forudsigelse af, om det kan betale sig at gå videre, og det er mange penge værd,« påpeger Niels Bent Larsen.
Læs også: Fem videnskabelige tendenser, vi skal holde øje med i år
Afgrænset del af virkeligheden
Helt lavpraktisk er der også mange fordele ved printet, forklarer han videre.
»Den kunstige tarm kan sættes ind i langt bedre mikroskoper og holdes i live meget længere end en biologisk tarm, som ikke dur mere efter et par timer. Derved kan man følge medicinoptaget i detaljer og forstå de underliggende celleprocesser,« forklarer han.
Dog er der også et par naturlige begrænsninger ved printet i forhold til den ægte vare. Den kunstige tarm afspejler således kun en afgrænset del af virkeligheden, så man får ikke indblik i alt det, der foregår i vores fordøjelse, før vi får medicinen – og hvor den havner på den anden side af tarmvæggen.
»Til gengæld skal vi ikke vente på donortarme fra patienter, der f.eks. skal have bortopereret et stykke tyndtarm, og vi skal ikke stå klar til at udføre forskningen med det samme, inden tarmen ikke længere kan bruges,« siger Niels Bent Larsen.
Forskningen er en del af Novo Nordisk Fondens Centre for Intestinal Absorption and Transport of Biopharmaceuticals, og selv om forskningen ikke behøver direkte at understøtte Novo Nordisks forretningsområder, så understreger Niels Bent Larsen, at test af nye proteinbaserede diabetespræparater fx ville kunne udføres bedre på 3D-printet tarm.
Desuden er der helt nye muligheder for at forske i tarmrelaterede sygdomme, fordi man er ude over det etiske.
»Vi arbejder også på at lave modeller af immunsystemet i tarmen, så vi kan se på kroniske sygdomme. Vi kan printe en sygdomsramt tarm, og se hvad der sker, når man tilfører forskellige ting,« siger Niels Bent Larsen.
