Wetenschappers organiseren 3D-geprinte cage fights voor bacteriën

De belangrijkste dierentuinen van de toekomst zullen misschien geen bedreigde leeuwen of tijgers maar ziekteverwekkende bacteriën huizen.

Wetenschappers van de University of Texas zijn begonnen 3D-geprinte microscopische onderkomens te bouwen om groepen bacteriën te onderzoeken. Volgens de onderzoekers zijn de minuscule ‘kooitjes’ beter in het reproduceren van de microbiële omgevingen van menselijke longen en darmen dan traditionele petrischaaltjes.

Met een hoge-precisie laser en een eiwit printen de onderzoekers tweedimensionale plaatjes op een laag gelatine waar de bacteriën op gecultiveerd worden. Met iedere laag eiwit die ze toevoegen bouwen de 2D-beelden zich op waardoor een ondoordringbare ‘kooi’ ontstaat waarin de bacteriën gevangen blijven. De technologie is maandag beschreven in de Proceedings of the National Academy of Sciences.

“We maken een nieuwe laag, en nog een, enzovoorts, en bouwen zo omhoog,” zegt Jason Shear, een van de onderzoekers die aan het project werkt. “Het is heel simpel. We zijn in principe gewoon bezig plaatjes op elkaar aan het zetten om zo 3D structuren te bouwen, alleen dan met ongelofelijke nauwkeurigheid. Stel je de dikte van een haar op je hoofd voor, neem daar één procent van, en dan een kwart daarvan. Dat is ongeveer de grootte van onze laser wanneer die op de kleinste stand staat.”

Het proces stelt de onderzoekers in staat de bacteriën die in zo’n kooi leven te controleren. Maar ook de dichtheid kan hierbij gecontroleerd worden, waardoor de onderzoekers condities kunnen reproduceren die zo goed als identiek zijn aan de kolonies die binnen mensen voorkomen.

Dat is van belang omdat recente ontdekkingen suggereren dat de bacteriële samenstellingen en vormen een belangrijke rol spelen in het veroorzaken van ziektes.

“Om een gedetailleerder inzicht te krijgen in hoe geometrie de mogelijke ziekteverwekking kan beïnvloeden, beschrijven we een strategie om 3D omgevingen te printen waarin chemisch interactieve populaties van een bepaalde grootte en dichtheid in allerlei samenstellingen georganiseerd kunnen worden,” schrijven de onderzoekers.

In de praktijk bestuderen de wetenschappers de Staphylococcus auras, een bacterie die huidinfecties kan veroorzaken en vaak een resistentie voor antibiotica ontwikkelt. In patiënten met taaislijmziekte komt deze bacterie in aanraking met een ander type bacterie, genaamd Pseudomonas aeruginosa, die een faciliterende werking heeft op de ontwikkeling van de antibiotica-resistentie van de stafylokok bacterie.

“Deze technologie maakt het mogelijk om de bacteriën als het ware in gesprek met elkaar te laten gaan, op hele precieze manieren, en te kijken wat er gebeurd,” zegt Shear. “In dit geval werd de Staph bacterie zich ‘bewust’ van de Pseudomonas, en een van de resultaten was dat het daardoor meer resistent voor antibiotica werd.”

Jodi Connell, een andere onderzoeker van het project, zegt dat de technologie wetenschappers in staat stelt als het ware een soort cage fights tussen bacteriën te organiseren.

“Het wordt mogelijk iedere variabele te definiëren,” zegt ze. “We kunnen de complexe bacteriële ecologie die bij echte infecties voorkomen veel preciezer simuleren, omdat daar doorgaans niet slechts een bacterie maar meerdere soorten bacteriën met elkaar interacteren.”