Rijksoverheidslogo
Nationaal Kenniscentrum Alternatieven voor dierproeven

3d-printen om gewrichtsschade te herstellen

Jos Malda

Jos Malda, UMC Utrecht en UU bij 3d-printer. Foto: Maartje ter Horst (DUB)

Onderzoekers van het UMC Utrecht en de Universiteit Utrecht krijgen twee miljoen euro om kraakbeenimplantaten te maken met een 3d-printer. Het UMC Utrecht coördineert het Hydro-ZONES consortium dat uit zeventien internationale partners bestaat. Van de Europese Unie krijgt dat consortium in totaal 9,75 miljoen euro voor onderzoek naar nieuwe biomaterialen voor de regeneratie van gewrichtsschade. Jos Malda, universitair hoofdocent en werkzaam bij het UMC Utrecht (afdeling Orthopedie) en bij Universiteit Utrecht (Faculteit Diergeneeskunde), leidt het Utrechtse deel van het onderzoek. “3d-printen is op het moment echt hot. Ik heb hoge verwachtingen van de toepassing daarvan in de medische wetenschap. Zowel wat betreft de genezing van patiënten als bij het onderzoek naar ziekten en medicijnen waarbij diermodellen vervangen kunnen worden door in vitro methodes.”

Begin dit jaar vond de startbijeenkomst van het Hydro-ZONES project plaats dat vijf jaar gaat duren. 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. De toepassing van 3d-printing in de medische wetenschap is een kwestie van multidisciplinair werken. Malda: “Het gaat om techniek, om biologie, om chemie, om wiskunde en om de apparatuur.” Hoewel 3 d-printen in de medische wetenschap al wordt toegepast, valt er volgens Malda nog veel te onderzoeken. De grote uitdaging, vindt Malda, is niet het 3d-printen als techniek, maar hoe het ingezet kan worden om patiënten te helpen. “Dat is onze drijfveer. Patiënten moeten er beter van worden. Ons project is net begonnen, dus we hebben nog bijna vijf jaar om hier aan te werken.”

Onderdelen

Ook voor consumenten wordt 3d-printen steeds bereikbaarder. “Er zijn nu al betaalbare 3d-printers waarmee je thuis zelf kunt printen. Ik zie de toekomst daarvan vooral in het printen van onderdelen. Als een apparaat kapot is, bestel je geen onderdelen meer bij de leverancier, maar je krijgt een 3d-computercode en daarmee print je het benodigde onderdeel thuis uit. Die toekomst zie ik ook voor de medische wetenschap: met de 3d-printer gaan we onderdelen maken die kapotte of beschadigde onderdelen kunnen vervangen. Het complexe bij onderdelen voor mensen is dat het niet alleen gaat om een driedimensionale vorm. Het gaat vooral om de functie van het onderdeel.”

Toekomstmuziek

Illustratie interview Jos Malda

3d-printen wordt gezien als mogelijkheid om het aantal dierproeven mogelijk 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, is volgens Malda nog (verre) toekomstmuziek. Dat 3d-printen grote veranderingen teweeg gaat brengen in de medische wetenschap, daar is Malda wel van overtuigd.

Materialen

In veel labs wordt nu al onderzocht op welke manier met 3d-printers het beste levende en werkende cellen geprint kunnen worden. Vanwege het gebruik van hoge temperaturen of organische oplosmiddelen, is dat lastig. Daarom wordt nu gezocht naar slimme printbare materialen die geen schade toebrengen en die het verdere herstel van weefsel kunnen ondersteunen. In het kader van het Europese project zijn drie groepen bezig om verschillende materialen te ontwikkelen, te vergelijken en te combineren. Op die manier wordt duidelijk welke materialen het beste zijn voor welke toepassing.

Samenspel

Ook de 3d-printer zelf is daarbij een belangrijk aspect. “Het materiaal stelt eisen aan het proces en andersom’, legt Malda uit. “Het is echt een samenspel van factoren.” Het Europese onderzoek richt zich op toepassingen bij defecten in gewrichten. “In plaats van af te wachten tot het gewricht nauwelijks meer te gebruiken is, kijken we hoe het natuurlijke vermogen van het lichaam om weefsel en organen te herstellen kan worden gestimuleerd of gesimuleerd.’ In deze regeneratieve geneeskunde past ook het 3d-printen van kraakbeenimplantaten.

Wiskundige modellen

Onderdeel van het Europese onderzoek is ook het samenwerken met een wiskunde groep uit Oxford. Zij maken modellen met wiskundige vergelijkingen om het gedrag van cellen in stukjes beschadigd donorkraakbeen te voorspellen. De modellen zijn gebaseerd op onderzoek naar belasting op stukjes weefsel. Met de wiskundige vergelijkingen kunnen verschillende scenario’s van het verloop van bijvoorbeeld het herstel met een geprint stukje weefsel in kaart worden gebracht. Deze onderzoeksmethode zou de hoeveelheid proefdieren die nodig zouden zijn om het verloop van een ziekte, het effect van medicijnen of therapieën te kunnen testen, kunnen verminderen. Bovendien is deze onderzoeksmethode volgens Malda veel effectiever en levert het veel meer informatie op dan onderzoek met een diermodel.

.