3D-geprinte botimplantaten: metalen botten die in het lichaam integreren

• Auteur:
• auteursnaam

  Quantumrun-prognose
• 28 June 2023

Inzicht hoogtepunten

3D-printen, of additive manufacturing, maakt grote vorderingen op medisch gebied, met name op het gebied van botimplantaten. Vroege successen zijn onder meer een 3D-geprint titanium kaakbotimplantaat en 3D-geprinte implantaten voor osteonecrosepatiënten, die effectief een alternatief bieden voor amputatie. Medische professionals zijn optimistisch over de toekomst van 3D-geprinte botten, die genetische misvormingen kunnen corrigeren, ledematen kunnen redden van trauma of ziekte, en de groei van nieuw, natuurlijk botweefsel kunnen ondersteunen met behulp van 3D-geprinte "hyperelastische" botten.

Context van 3D-geprinte botimplantaten

Driedimensionaal printen maakt gebruik van software om objecten te creëren via een gelaagde methode. Dit type printsoftware wordt ook wel additive manufacturing genoemd en omvat verschillende materialen, zoals kunststoffen, composieten of biomedische materialen. 

Er zijn enkele componenten die worden gebruikt voor het 3D-printen van botten en botsteigers, zoals:

• Metalen materialen (zoals titaniumlegering en magnesiumlegering), 
• Anorganische niet-metalen materialen (zoals biologisch glas), 
• Biologische keramiek en biologisch cement, en 
• Hoogmoleculaire materialen (zoals polycaprolacton en polymelkzuur).

Een van de eerste successen op het gebied van 3D-geprinte botimplantaten was in 2012 toen het in Nederland gevestigde medische ontwerpbedrijf Xilloc Medical een titanium implantaat printte om de kaken van een mondkankerpatiënt te vervangen. Het team gebruikte gecompliceerde algoritmen om het digitale kaakbot te veranderen, zodat bloedvaten, zenuwen en spieren zich na het afdrukken aan het titanium implantaat konden hechten.

Disruptieve impact

Osteonecrose, of botsterfte, van de talus in de enkel, kan leiden tot een leven lang pijn en beperkte beweging. In sommige gevallen kunnen patiënten amputatie nodig hebben. Voor sommige patiënten met osteonecrose kan een 3D-geprint implantaat echter worden gebruikt als alternatief voor amputatie. In 2020 gebruikte het in Texas gevestigde UT Southwestern Medical Center een 3D-printer om enkelbotten te vervangen door een metalen versie. Om het 3D-geprinte bot te maken, hadden artsen ter referentie CT-scans van de talus op de goede voet nodig. Met die afbeeldingen maakten ze samen met een derde partij drie plastic implantaten in verschillende maten voor proefgebruik. De artsen kiezen de beste pasvorm voordat ze een definitief implantaat printen voorafgaand aan de operatie. Het gebruikte metaal was titanium; en zodra de dode talus was verwijderd, werd de nieuwe op zijn plaats gezet. De 3D-replica zorgt voor beweging in de enkel- en subtalaire gewrichten, waardoor het mogelijk wordt om de voet op en neer en van links naar rechts te bewegen.

Artsen zijn optimistisch over de toekomst van 3D-geprinte botten. Deze technologie opent de deur naar het corrigeren van genetische misvormingen of het redden van door trauma of ziekte beschadigde ledematen. Soortgelijke procedures worden uitgeprobeerd voor andere delen van het lichaam, waaronder patiënten die ledematen en organen verliezen aan kanker. Naast de mogelijkheid om vaste botten in 3D te printen, ontwikkelden onderzoekers in 3 ook een 2022D-geprint "hyperelastisch" bot. Dit synthetische botimplantaat lijkt op een steiger of rooster en is ontworpen om de groei en regeneratie van nieuw, natuurlijk botweefsel te ondersteunen.

Implicaties van 3D-geprinte botimplantaten

Bredere implicaties van 3D-geprinte botimplantaten kunnen zijn: 

• Verzekeringsmaatschappijen die dekkingsbeleid opstellen met betrekking tot 3D-implantaten. Deze trend kan leiden tot verschillende vergoedingen op basis van de verschillende gebruikte 3D-geprinte materialen. 
• Implantaten worden kosteneffectiever naarmate medische 3D-printtechnologie zich ontwikkelt en meer gecommercialiseerd wordt. Deze kostenbesparingen zullen de gezondheidszorg verbeteren voor de armen en in ontwikkelingslanden waar kosteneffectieve procedures het hardst nodig zijn.
• Geneeskundestudenten die 3D-printers gebruiken om botprototypes te maken voor testen en chirurgie.
• Meer bedrijven in medische apparatuur investeren in biomedische 3D-printers om tegemoet te komen aan de toenemende vraag in de gezondheidszorg.
• Meer wetenschappers werken samen met technologiebedrijven om 3D-printers te ontwerpen, specifiek voor orgaan- en botvervangingen.
• Patiënten met botsterfte of botdefecten ontvangen 3D-afdrukken die beweging kunnen herstellen.

Vragen om op te reageren

• Hoe denk je anders dat 3D-printtechnologie de medische wereld kan ondersteunen?
• Wat kunnen de potentiële uitdagingen zijn van 3D-geprinte implantaten?