vincent

Jaarlijks raken ongeveer 250 mensen verminkt in hun gezicht door ernstige brandwonden. Vaak verliezen ze een deel van hun neus of oren. Door het ontbreken van kraakbeen is reconstructie niet meer mogelijk. De verwachting is dat een 3D-printer de mensen met een gelaatsverbranding hun eigen oren en neuzen kan teruggeven.

Brandwondenpatiënten moeten na hun ongeval leren leven met een beschadigd uiterlijk en alle bijkomende lichamelijke klachten. Na een diepe verbranding is het aangezicht vaak onherstelbaar beschadigd. Naast brandwonden kunnen medische aandoeningen zoals tumoren of atresie leiden tot een onherstelbaar oor. Kraakbeen is essentieel voor de vorm en de werking van de oren en neus. “Het reconstrueren van een oor of neus is zeker geen cosmetische chirurgie. Zonder oren en neus kunnen mensen geen bril meer dragen en zonder oorschelp wordt het gehoor minder,” zegt Ernst Jan Bos, arts-onderzoeker op de afdeling plastisch chirurgie aan het VU medisch centrum in Amsterdam. Als iemand in aanmerking komt voor een neus- of oorreconstructie, wordt kraakbeen ergens anders uit het lichaam gehaald. Kraakbeen zoals de rib is beperkt aanwezig in het lichaam. Om vervolgens de juiste vorm weer te maken uit dit donorkraakbeen is erg moeilijk.

Kraakbeen
Bos is in samenwerking met de TU Delft en de Brandwondenstichting aan een baanbrekend onderzoek begonnen. “In de toekomst willen wij kraakbeen printen voor nieuwe oren en neuzen voor brandwondenpatiënten.” Hoe? “De bedoeling is om driedimensionale implantaten te printen met levende cellen die de structuur van echt kraakbeen nabootsen. Met deze implantaten kan kraakbeen beter herstellen dan met bestaande behandelingen.” Door deze moderne techniek kan de hersteltijd van de traditionele techniek met weken worden verkort. “We willen een middel creëren om betere reconstructie uit te voeren. Als er iets nieuws kan groeien wat dichterbij het oude komt dan is dat natuurlijk beter. We willen vermijden dat er een stuk rib of andere lichaamsdelen verwijderd moet worden.”

WIST U DAT…

Stamcellen uit vetweefsel en huid vormen de sleutel voor tissue engineering van kraakbeen. Stamcellen hebben al bewezen dat zij nieuw kraakbeen kunnen vormen samen met kraakbeencellen.”We bekijken nu wat de beste combinatie is van vetstamcellen, kraakbeencellen en de scaffolds voor tissue engineering van kraakbeen. Om dit kraakbeen echter in de goede vorm en met de juiste eigenschappen te laten groeien vormt nog een grote uitdaging.

Het personaliseren van een oor
De mal, het zogehete scaffold, waarop de nieuwe kraakbeencellen zullen groeien speelt een belangrijke rol bij de vormgeving van het oor. Bos en zijn onderzoeksgroep zullen met behulp van een 3D-printer individuele oren printen uit een geschikte kunststof. Hierdoor is het mogelijk implantaten te verkrijgen om uitgevallen, beschadigde of slecht werkende organen en weefsels als huid en bot te ondersteunen of te vervangen. Het kunststof moet aan een groot aantal eisen voldoen. “De mal moet direct in de neus geïmplanteerd kunnen. Het moet tegelijkertijd stevig en flexibel zijn, het moet ook afbreekbaar zijn door het lichaam als het kraakbeen eenmaal is uitgegroeid. Daarom worden er verschillende scaffolds getest om te bepalen welke de beste eigenschappen heeft in combinatie met de cellen. De voorbereidende onderzoeksfase en materiaalselectie zal nog minstens enkele jaren in beslag nemen. Als de ideale combinatie van cellen en kunststof onderzocht is, zal bij goede resultaten zo mogelijk het geselecteerde materiaal bij patiënten worden getest.

Stand van zaken
3D-printen in de medische wetenschap is een kwestie van multidisciplinair werken. Het gaat om techniek, om biologie, om chemie, om wiskunde en om de apparatuur. “Samenwerken is van belang. Chirurgen zijn belangrijk bij het reconstrueren van oren, neuzen en andere lichaamsdelen. Zij bepalen welke behandeling gestart zal worden. Zodra het mogelijk wordt de geprinte oren en neuzen bij mensen te gebruiken, moeten de chirurgen hier ook mee leren omgaan.”

Foto: Scientias.nl

Een afdruk van Een 3D-afdruk van het kraakbeen van het oor (rechts). Foto: Scientias.nl

De TU Delft heeft hard gewerkt aan het technische aspect van het onderzoek. Op basis van een CT-scan van een gedoneerd oor van een overleden persoon zijn ze aan slag gegaan met het creëren van een realistische prothese. Een oorschelp is even uniek als de vingerafdruk. In eerste instantie hebben ze het hele kraakbeen nagebootst (rechts op de foto). Omdat dit onderdeel op sommige plekken erg dun is en ze rekening moeten houden met de mal, zijn ze over gegaan op een structurele vorm van het oor (links op de foto). Het complexe bij onderdelen voor mensen is dat het niet alleen gaat om een driedimensionale vorm. “De gipsafdruk van de mal ziet er apart, maar als er huid overheen wordt gelegd, lijkt het echt op een oor.” Het gaat vooral om de functie van het onderdeel. Op dit moment werken de onderzoekers nog met gips. Het einddoel is een holle mal, zodat de gel de ruimte krijgt om kraakbeen te vormen.

3D-afdruk van de schedel. Foto: TU Delft

3D-afdruk van de schedel. Foto: TU Delft

Andere toepassingen Een 3D-printer in de medische wereld is niet nieuw. De grote uitdaging is hoe het ingezet kan worden om patiënten te helpen. Vooral op het gebied van reconstructieve chirurgie wordt het bijzondere apparaat al gebruikt. Om een ​​beter inzicht voor een tumor-operatie te krijgen, wordt een 3D-afdruk van de schedel gebruikt. De BioPen is een andere toepassing van de 3D-printer in de vorm van een pen. De BioPen is ontwikkeld door onderzoekers van de University of Wollongongen kan in de toekomst wellicht beschadigde delen van het lichaam vervangen door biologische inkt. De inkt bestaat, net als bij het onderzoek van Bos, uit menselijke stamcellen en een gel. Vooral op de botten kan de pen in theorie de beschadigde gebieden inkapselen met de gel. Een ingebouwde UV-lamp zorgt ervoor dat de inkt hard wordt. Het onderzoeksteam voorspelt dat de pen binnen vijf jaar klaar is voor menselijke klinische proeven. Tot slot is er nog een ontwikkeling gaande in de medische wereld. 3D-printen wordt gezien als mogelijkheid om het aantal dierproeven fors te verminderen. Als er met levende weefsels onderzoek gedaan kan worden naar ziekten, geneesmiddelen en therapieën, geeft dat een betere voorspelling van effecten in de mens. Maar de volledige vervanging van dierproeven door 3D-printen lijkt nog ver weg. Dat 3D-printen een plek zal krijgen in de medische wetenschap is bijna wel zeker.