3D-printen als basis voor nieuwe diagnostische testen (video)

De COVID-19-pandemie heeft iedereen bewust gemaakt van het belang van snelle diagnose en de complicaties die daarmee gepaard kunnen gaan.
De zelftest is een voorbeeld van een ‘lateral flowtest’. Met een wisser neem je een staal via de neus. Het staal wordt opgelost in een oplosmiddel en dat wordt aangebracht op de testkit. Absorberend materiaal in de kit voert het staal mee en laat het interageren met een antistof. Als er virus aanwezig is, verschijnt er een gekleurd streepje. Het voordeel van deze testen is dat ze goedkoop zijn en geen bijkomende apparatuur vereisen.

Dit principe werkt goed voor simpele testen met een ja-nee-antwoord als resultaat, maar niet voor testen waarvoor meerdere stappen nodig zijn. Daarom gingen bio-ingenieurs van de KU Leuven op zoek naar een nieuw type lateral flowtesten met meer mogelijkheden.

Precieze prints
Met behulp van een 3D-printer fabriceerden de onderzoekers een 3D-versie van een lateral flowtest. De basis hiervoor is een blokje poreus polymeer waarin op precieze locaties ‘inkten’ met specifieke eigenschappen worden geprint. Op die manier wordt een netwerk van kanalen en kleine ‘sluizen’ geprint die de stroom tegenhouden of doorlaten waar en wanneer nodig, zonder dat daar bewegende onderdelen voor nodig zijn. Tijdens de test wordt het staal automatisch langs de verschillende teststappen geleid.

De onderzoekers hebben hun techniek uitgetest aan de hand van een ELISA-test (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) voor het opsporen van immunoglobuline E (IgE). Ig E wordt gemeten om allergieën vast te stellen. In het lab vergt deze test verschillende stappen, met verschillende spoelingen en een verandering van zuurtegraad. Het onderzoeksteam slaagde erin de volledige analyse uit te voeren op een geprinte testkit ter grootte van een dikke bankkaart.

Complexiteit is geen kost
“Het straffe aan 3D-printen is dat je snel op een digitale manier het design kan aanpassen aan een andere analyse, bijvoorbeeld om een biomarker voor kanker op te sporen. Voor de 3D-printer maakt het niet uit hoe complex je het netwerk van kanaaltjes maakt”, vertelt Dr. Cesar Parra. De 3D-printtechniek is bovendien betaalbaar en schaalbaar. “In ons labo is de productiekost van het prototype van de IgE-test ongeveer 1,50 euro, maar als we kunnen opschalen, dan zou dit minder dan één euro zijn”, zegt Dr. Parra. Zo biedt de techniek niet alleen mogelijkheden voor goedkopere en snellere diagnose in ontwikkelde landen, maar ook in landen waar de medische infrastructuur schaarser is en er nood is aan betaalbare diagnostische testen.

De onderzoeksgroep ontwerpt op dit moment een eigen 3D-printer. Die zal flexibeler zijn dan het commerciële model dat werd aangepast voor het huidige onderzoek. “Zo’n geoptimaliseerde printer kan je zien als een mobiel ‘minifabriekje’ waarmee je snel diagnostische testen kan produceren. Je past gewoon het designbestand en de inkt aan naargelang het type test dat je wil printen. Met behulp van partners willen we dit onderzoek verderzetten en samen werk maken van concrete diagnostische uitdagingen en toepassingen”, besluit innovatiemanager Bart van Duffel.