Microfluïdica speelt een steeds belangrijkere rol bij de ontwikkeling van nieuwe modellen voor weefseltechnologie. Een evolutie die rechtstreeks aansluit bij de werkzaamheden binnen het MICROPLAITE-project.
Tijdens de Europese bijeenkomst 2026 van de Tissue and Regenerative Medicine International Society (TERMIS) kon Prof. Lieven Thorrez (KU Leuven), partner van het MICROPLAITE-project, de belangrijkste trends observeren die het vakgebied momenteel vormgeven: de ontwikkeling van geperfuseerde weefsels, vascularisatie, organ-on-chip-technologieën, millifluïdica en de integratie van microfluïdica met bioprinting en biosensoren.
Hij deelt de belangrijkste inzichten en trends die hij uit deze editie meeneemt.
Naar geperfuseerde en functionele weefselsystemen
Weefseltechnologie evolueert van het creëren van driedimensionale weefsels naar de ontwikkeling van geperfuseerde en/of functionele systemen. Naast celdifferentiatie en het ontwerp van scaffolds proberen onderzoekers steeds vaker de dynamische biologische omgeving na te bootsen waaraan weefsels in het menselijk lichaam worden blootgesteld. In deze context is microfluïdica uitgegroeid tot een essentiële faciliterende technologie.
Een van de nieuwe aandachtspunten tijdens deze editie was bio-engineered spierweefsel. Verschillende onderzoeksgroepen ontwikkelen bio-engineered spierweefsels voor toepassingen variërend van regeneratieve geneeskunde en ziektemodellering tot geneesmiddelenscreening. Deze werkzaamheden omvatten ook constructies van gevasculariseerd skeletspierweefsel. Verschillende uitdagingen keren echter in deze studies terug: het verbeteren van spiermaturatie, vascularisatie, innervatie en functionaliteit op lange termijn. Verschillende microfluïdische perfusiesystemen worden al gebruikt om deze beperkingen aan te pakken door een meer fysiologische omgeving te bieden dan statische kweeksystemen.
Een ander belangrijk aandachtspunt was de engineering van vasculaire weefsels en microvasculaire netwerken. Verschillende groepen ontwikkelen perfuseerbare bloedvatmodellen die met endotheelcellen kunnen worden bekleed en aan gecontroleerde stromingscondities kunnen worden blootgesteld. Deze systemen worden gebruikt om vasculaire permeabiliteit, de barrièrefunctie van het endotheel, ontsteking, trombose en vasculaire remodellering te bestuderen. Het vermogen om stabiele en functionele vasculaire netwerken te creëren is essentieel, aangezien vascularisatie een van de grootste uitdagingen binnen de weefseltechnologie blijft. Dikke bio-engineered weefsels kunnen niet overleven zonder een efficiënt transportsysteem voor voedingsstoffen en zuurstof, waardoor vasculaire microfluïdica een essentiële faciliterende technologie vormt.
Op het gebied van huidweefseltechnologie worden ook geavanceerde skin-on-chip-modellen ontwikkeld waarin epidermale, dermale en hypodermale compartimenten worden gecombineerd met perfuseerbare vasculaire kanalen. Huidmodellen bieden veelbelovende toepassingen voor onderzoek naar wondgenezing, geneesmiddelentesten, cosmetische screening en de vervanging van dierproeven. Millifluïdische systemen kunnen zorgen voor een continue circulatie van het medium onder een aan de lucht blootgestelde epidermis. Deze dynamische kweeksystemen zouden de weefselmaturatie bevorderen, de vorming van een betere barrièrefunctie ondersteunen, de weefseldikte vergroten en de levensvatbaarheid op lange termijn verbeteren.
Het zenuwstelsel vormt een ander belangrijk toepassingsgebied waarin microfluïdische platforms worden ontwikkeld voor organotypische hersencoupes, cerebellaire culturen, neuromusculaire verbindingen en modellen van neurodegeneratieve aandoeningen zoals amyotrofe laterale sclerose. Deze systemen maken gecontroleerde blootstelling aan verschillende stoffen en longitudinale monitoring van neurale activiteit, morfologie en calciumsignalering mogelijk. Door microfluïdica te combineren met geavanceerde beeldvormingstechnologieën kunnen onderzoekers dynamische biologische processen bestuderen met een mate van precisie die in conventionele kweeksystemen moeilijk te bereiken is.
Voor niermodellen worden ureteric bud-on-chip– en collecting duct-on-chip-systemen ontwikkeld. Microfluïdische apparaten zijn ontworpen om de afvoerstructuren van de nier na te bootsen en tegelijkertijd de weefsels bloot te stellen aan fysiologische stromingscondities. Op langere termijn is het doel deze bio-engineered verzamelbuisstructuren te integreren in grotere, gebiofabriceerde nierweefsels.
Vloeistofstroming speelt ook een rol bij tal van andere weefsels, met voorbeelden zoals geperfuseerde leverweefsels, gerevasculariseerde intestinale scaffolds, bio-engineered peesmicrotissues, gemineraliseerde collageeninterfaces die de overgang tussen bot en pees nabootsen, en op beenmerg geïnspireerde systemen voor de productie van rode bloedcellen. In elk van deze gevallen wordt stroming niet alleen gebruikt als transportmechanisme, maar ook als een biologisch relevante stimulus die het celgedrag, de differentiatie en de weefselorganisatie kan beïnvloeden.
Vier belangrijke technologische trends
Vanuit technologisch perspectief zijn vier trends zichtbaar.
De eerste is de toenemende aandacht voor perfuseerbare vasculaire netwerken. In plaats van uitsluitend op diffusie te vertrouwen, hebben sommige groepen kanalen gecreëerd in hydrogels of gebioprinte constructies die continu kunnen worden geperfuseerd en vervolgens van endotheelcellen kunnen worden voorzien.
De tweede trend is de opkomst van organ-on-chip-technologieën. Nier-, hersen-, huid-, lever-, spier- en vasculaire systemen waren allemaal vertegenwoordigd door microfluïdische platforms die ontworpen zijn om belangrijke fysiologische functies na te bootsen. Deze modellen bieden een gecontroleerde omgeving waarin onderzoekers ziektemechanismen kunnen bestuderen, nieuwe therapieën kunnen evalueren en weefselreacties kunnen onderzoeken onder omstandigheden die beter overeenkomen met die in het menselijk lichaam.
Ten derde maken verschillende groepen momenteel de overstap van klassieke microfluïdica naar millifluïdica. Millifluïdische systemen maken gebruik van grotere kanalen en zijn eenvoudiger te produceren, aan te sluiten en te integreren in bioprintingprocessen. Ze zijn ook beter geschikt voor het ondersteunen van grotere bio-engineered weefsels en blijven tegelijkertijd compatibel met standaard laboratoriumapparatuur. Deze trend weerspiegelt een bredere inspanning om organ-on-chip-technologie toegankelijker te maken en de stap te zetten naar grotere systemen voor regeneratieve geneeskunde.
Een vierde trend is de integratie van microfluïdica met complementaire technologieën. Driedimensionale bioprinting wordt tegenwoordig gebruikt om vasculaire kanalen, huidconstructies, spiernetwerken en multicellulaire architecturen te creëren. Biosensoren worden geïntegreerd om pH, metabolisme, permeabiliteit en weefselfunctie in realtime te monitoren. Elektrische, mechanische, magnetische en ultrasone stimulatiesystemen worden eveneens toegevoegd om fysiologische signalen na te bootsen die de ontwikkeling en maturatie van weefsels beïnvloeden. Verschillende van de gepresenteerde platforms zijn daardoor niet langer eenvoudige kweeksystemen, maar sterk geïntegreerde experimentele systemen.
Samengevat heeft de conferentie de opkomst benadrukt van een nieuwe generatie technologieën voor weefseltechnologie die met behulp van verschillende methoden, waaronder perfusietechnologieën, een grotere fysiologische relevantie nastreven.
Deze ontwikkelingen sluiten rechtstreeks aan bij de uitdagingen die binnen MICROPLAITE worden onderzocht, rond de ontwikkeling van nieuwe benaderingen voor de evaluatie en validatie van scaffolds voor weefselreconstructie.
