3D-geprinte botprothese vouwt zichzelf in de juiste vorm

Onderzoekers van de TU Delft slaagden erin om een materiaal zo te 3D-printen, dat het zichzelf daarna uitvouwt in de juiste vorm. Daarmee brengen ze een medische toepassing als botimplantaat een stuk dichterbij, zodat in de toekomst mensen met ernstige botbeschadigingen beter worden geholpen.

25 oktober 2016

Wordt de nieuwe techniek straks gebruikt bij botbreuken?
Sandor Weisz, flickr.com, CC By 2.0

Wanneer een afschuwelijk auto-ongeluk een deel van de botten van een slachtoffer verbrijzelt, begint vaak een lang hersteltraject. Meestal wordt dan een stuk bot uit een ander deel van het lichaam gehaald, maar dit is pijnlijk. Een alternatief is een implantaat, maar die wordt niet altijd geaccepteerd door het lichaam. Dat geldt ook voor mensen die bijvoorbeeld botten breken tijdens het sporten of wanneer iemand een bottumor had.

Wetenschappers van de TU Delft zijn nu een flink stuk dichterbij een nieuwe aanpak om botten en weefsel te herstellen. Zij lieten in een proof of concept zien dat ze een vlak materiaal kunnen 3D-printen, dat zichzelf daarna in de gewenste ruimtelijke vorm uitvouwt. Ze publiceerden hun bevinding in het wetenschappelijke tijdschrift Materials Horizons.

Japanse vouwkunst

“Om ervoor te zorgen dat het implantaat het weefsel herstelt, dient het uit bepaalde materialen te bestaan. We passen daarvoor speciale ‘nanopatronen’ toe, zodat het nieuwe stuk bot communiceert met de stamcellen. Hoe je dit maakt, weten we al een tijd en op een vlakke structuur kunnen we dit al maken. Maar niet in 3D, terwijl je natuurlijk wel een implantaat in die vorm wil maken”, zegt Amir Zadpoor van de TU Delft. Daarom leerde hij het vlakke 3D-geprinte materiaal een kunstje. “Het nanopatroon printen in een complexe vorm is helaas niet mogelijk. Maar wat nu als het zich zichzelf na het printen vanzelf op die manier vouwt? Dat vroeg ik me af. Want dan kun je vrijwel iedere vorm maken. Ik deed daarvoor inspiratie op bij de Japanse vouwkunst origami.”

Zadpoor gebruikt voor zijn aanpak een combinatie van actief en passief materiaal. Wanneer het van buitenaf wordt gestimuleerd, begint het vouwen. “In dit geval is dat een hogere temperatuur. We hebben via een experiment laten zien dat het vouwen werkt wanneer het materiaal in een bakje met warm water komt. Het actieve (shape shifting) deel wil dan krimpen en geeft energie. Het passieve materiaal wil het tegenhouden en daardoor vouwt het op een bepaalde manier. Dat klinkt vrij eenvoudig, maar om een bepaalde beweging te maken moet je heel goed weten wat het materiaal doet. De details zitten in de geometrie.” Nadat het de juiste vorm heeft gekregen, wordt het in de toekomst aangebracht bij een patiënt.

Giftig

De wetenschapper heeft laten zien dat zijn techniek werkt en is al bezig met vervolgonderzoek. “We willen het nu tonen op een veel kleinere schaal. De nauwkeurigheid moet dan nog steeds perfect zijn. Het is nog maar de vraag of dit lukt, omdat niet alles schaalbaar is. We willen dan ook biomaterialen gebruiken, die we in dieren testen.” Het gaat om een groot onderzoek waar vijf promovendi aan werken.

“Het is mijn droom om botten te herstellen met geometrie, in plaats van medicijnen”, zegt Zadpoor. “Momenteel worden vaak nog biochemische moleculen gebruikt om ervoor te zorgen dat het weefsel van een bot herstelt. Maar dit kan giftig zijn. Onze oplossing werkt beter, zodat we weefsel terugbrengen dankzij de vorm. Maar er is nog veel meer onderzoek nodig voor we zover zijn.”

Reageer