Gepersonaliseerde geneeskunde: vormbaar weefsel dankzij 3D-printen

In 3D-geprinte kamers met gepersonaliseerde vormen zal in de toekomst getransplanteerd, eigen lichaamsweefsel worden gekweekt dat bijvoorbeeld de vorm van een te sluiten wond kan aannemen. © Fraunhofer IAP, Foto: Till Budde / In de toekomst zullen 3D-geprinte kamers met gepersonaliseerde vormen worden gebruikt om transplantabel, autoloog weefsel te laten groeien dat de vorm van een te sluiten wond kan aannemen. © Fraunhofer IAP, Foto: Till Budde

Bij ernstige weefselletsels is een weefseltransplantatie soms onvermijdelijk. Voor de patiënt betekent dit echter een ingrijpende operatie. In de toekomst zou het ontbrekende weefsel direct in het lichaam van de patiënt kunnen groeien – in isolatiekamers die onder de huid worden geïmplanteerd en die individueel op de wondgeometrie kunnen worden aangepast. Tijdens de medische technologiebeurs MEDICA in Düsseldorf werden de 3D-geprinte kamers van het onderzoeksteam van de Fraunhofer-instituten voor Toegepaste Polymeeronderzoek IAP en voor Lasertechnologie ILT, evenals het BG Klinikum Ludwigshafen, van 15 tot 18 november 2021 gepresenteerd.

Wanneer bij de patiënt structuren zoals bot, bloedvaten of pezen vrij liggen, blijft vaak alleen een weefseltransplantatie met doorbloed weefsel over. Voor de patiënt gaat dat gepaard met een operatie van enkele uren en het beschadigen van gezond lichaamsweefsel. Wetenschappers ontwikkelen daarom weefselbesparende methoden voor het genereren van doorbloedde weefseltransplantaten, om huid en ander weefsel gericht te vervangen. Zo zou men bijvoorbeeld met collagen afgewerkte isolatiekamers van Teflon onder de huid kunnen bevestigen en daarin een slagader of ader in ringvorm plaatsen. Door celinmigratie en het ingroeien van bloedvaten wordt het collagen binnen twee tot vier weken uiteindelijk omgezet in een transplantatiegeschikt weefsel. Een kleine ingreep, waarvoor lokale verdoving voldoende is. In tegenstelling tot gekweekt weefsel uit een petrischaal, is het in de kamer gevormde weefsel volledig vasculair – dus door capillairen doordrongen – en dus doorbloed. Er ontstaat dus een levend bindweefsel dat de vorm van de isolatiekamer aanneemt en geschikt is voor transplantatie, zonder dat gezond donorgeweefsel hoeft te worden opgeofferd. Een ander voordeel: omdat het weefsel door het lichaam van de patiënt wordt vervaardigd, worden afstotingsreacties vermeden.

Individueel aanpasbare weefselkweek

Onderzoekers van het Fraunhofer IAP evalueren en optimaliseren deze techniek momenteel in het door het BMBF gefinancierde project FlexLoop (Föderkennzeichen 03VP05962) – samen met het Fraunhofer ILT en het BG Klinikum Ludwigshafen – Kliniek voor Plastische en Reconstructieve Chirurgie van de Universiteit Heidelberg. »Tot nu toe werden alleen ronde isolatiekamers voor de weefselkweek gebruikt, maar wij kunnen de vorm van de isolatiekamers voor het eerst aanpassen aan de vorm van het zachteweefseldefect van de patiënt en daarmee de personalisering en individualisering van de geneeskunde verder stimuleren«, zegt Dr. Wolfdietrich Meyer, projectleider bij het Fraunhofer IAP. Mogelijk maakt 3D-printen dit mogelijk, dat de tot nu toe gebruikte freestechniek voor de kamers vervangt. Omdat het gebruikelijke kamermateriaal Teflon niet kan worden geprint, maken de experts van het Fraunhofer ILT gebruik van fotohars. »3D-printen biedt niet alleen het voordeel dat we de vorm van het weefsel kunnen bepalen, we hebben ook kamermodellen ontwikkeld die het kweken van weefsel zo comfortabel mogelijk maken voor patiënten en die eenvoudige hantering tijdens de operatie mogelijk maken«, legt Andreas Hoffmann uit, projectleider bij het Fraunhofer ILT.

De onderzoekers van het Fraunhofer IAP testen zowel het materiaal zelf als de verschillende gevormde isolatiekamers. Uiteindelijk mag de isolatiekamer geen afbraakproducten afgeven in het lichaam van de patiënt of tot afstotingsreacties leiden; ze moet dus biocompatibel zijn. Hoe duurzaam is het materiaal in het menselijk lichaam? Verandert het bijvoorbeeld wanneer het op lichaamstemperatuur wordt gebracht? De eerste resultaten zien er veelbelovend uit. Wat de volledige isolatiekamers betreft, staan de mechanische eigenschappen centraal. Want de kamers worden met het omliggende weefsel gehecht of op een defectnabije plek onder de huid geïmplanteerd: hierbij mogen zich bijvoorbeeld geen scheuren vormen voor een veilige toepassing in de kamer.

De artsen van het BG Klinikum Ludwigshafen onderzoeken op hun beurt of het groeiende weefsel ook volledig kan vullen met complex gevormde isolatiekamers. »We willen vooral aantonen dat we in de 3D-geprinte kamers vormbaar weefsel kunnen kweken dat – net als een puzzelstuk – een complexe zachteweefselfout volledig kan afsluiten. Daarnaast wordt de biomechanische kwaliteit van het gekweekte weefsel nauwkeurig onderzocht«, legt Dr. med. Florian Falkner uit, assistent-arts voor plastische en reconstructieve chirurgie bij het BG Klinikum Ludwigshafen. Totdat deze vorm van weefselkweek klaar is voor routinematig gebruik in de kliniek, zal het nog enkele jaren duren voordat verdere ontwikkelingen plaatsvinden.