Een medische innovatie maakt het mogelijk om in de operatiekamer gepersonaliseerde implantaten te vervaardigen met biocompatibele materialen en een antibacteriële werking, waardoor de operatietijd en latere complicaties worden verminderd.
Volgens het artikel in het tijdschrift Device van de Cell Press-groep maakt het apparaat gebruik van een systeem waarbij een filament van hydroxyapatiet wordt ingebracht.
Onderzoekers van de Sungkyunkwan-universiteit in Seoul, Zuid-Korea, hebben een verrassende stap gezet in de geneeskunde: ze hebben een siliconenpistool ontwikkeld waarmee botimplantaten direct op fracturen kunnen worden aangebracht tijdens een chirurgische ingreep. Het apparaat werkt met een innovatief systeem voor driedimensionaal printen “in situ”, waardoor het een revolutionair hulpmiddel is in operatiekamers.
Het voorstel is niet gering, aangezien het een oplossing biedt voor een van de grootste uitdagingen op het gebied van gepersonaliseerde botregeneratie. Tot nu toe moest voor het vervangen van botten die door ongelukken, ziekten of trauma’s waren beschadigd, gebruik worden gemaakt van geprefabriceerde implantaten of langdurig laboratoriumwerk. Met deze techniek past de transplantatie zich daarentegen onmiddellijk aan de onregelmatige geometrie van het defect aan, waardoor de operatie wordt versneld en een nauwkeurige anatomische integratie wordt gegarandeerd.
Volgens het artikel dat is gepubliceerd in het tijdschrift Device van de groep Cell Press, maakt het apparaat gebruik van een systeem waarbij een filament wordt ingebracht dat bestaat uit hydroxyapatiet – een mineraal dat in natuurlijk bot aanwezig is en de genezing bevordert – en polycaprolacton, een biocompatibele thermoplast. Dit mengsel kan rechtstreeks op de plaats van het defect in het bot worden aangebracht zonder het omliggende weefsel te beschadigen en past zich aan de onregelmatige vorm van de breuk aan, wat een goede anatomische integratie bevordert.
Door de verhouding tussen beide componenten aan te passen, kan de hardheid en weerstand van het implantaat worden gewijzigd, waardoor het kan worden aangepast aan verschillende soorten letsels en locaties in het lichaam.
De doorbraak werd getest op diermodellen, met name op konijnen met ernstige femurfracturen. Volgens Newsweek liet het resultaat verbeteringen zien in de regeneratie en integratie van nieuw botweefsel in vergelijking met de huidige methoden op basis van botcement.
Na 12 weken vertoonden de behandelde dieren een groter botoppervlak, een toename van de corticale dikte en betere structurele weerstandsparameters, zonder tekenen van infecties of letsels in het omliggende weefsel.
Volgens de informatie gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Device, wordt voor de productie van deze implantaten een methode van warm extruderen bij lage temperatuur gebruikt, waardoor het polycaprolacton smelt en het mengsel kan worden aangebracht zonder risico op brandwonden of complicaties in het zachte weefsel.
Bovendien zorgt de biocompatibiliteit van de materialen ervoor dat het implantaat als tijdelijk steunmateriaal kan dienen totdat het bot volledig is geregenereerd, waarbij het geleidelijk wordt afgebroken en vervangen door nieuw weefsel.
Om postoperatieve complicaties te verminderen, bevat het ontworpen filament antibiotica zoals vancomycine en gentamicine, die langzaam worden afgegeven op de plaats van de transplantatie. Volgens El Confidencial hebben in-vitrotests bevestigd dat het materiaal de groei van bacteriën die vaak voorkomen bij postoperatieve infecties, zoals Escherichia coli en Staphylococcus aureus, effectief remt. Deze aanpak maakt het mogelijk om de bijwerkingen van systemische toediening te beperken en vermindert het risico op het ontstaan van bacteriële resistentie.
Tot nu toe kende de productie van botimplantaten beperkingen vanwege de complexiteit, de bijbehorende kosten en het gebrek aan snelheid om te handelen bij onregelmatige of anatomisch zeer moeilijke fracturen. Met het nieuwe systeem kan de procedure binnen enkele minuten in de operatiekamer worden voltooid, met de mogelijkheid voor de chirurg om tijdens de ingreep in realtime de hoek, diepte en richting van de transplantatie aan te passen.
Andere opvallende aspecten van de ontwikkeling zijn volgens Device de multifunctionaliteit van het systeem: het draagbare apparaat maakt het mogelijk om op gecontroleerde wijze botsteigers in verschillende vormen en maten te printen, die zijn geoptimaliseerd om osteoconductie, biologische integratie en infectiepreventie te bevorderen. De onderzoekers wezen erop dat deze methode een oplossing biedt voor een aantal van de belangrijkste beperkingen van de huidige technologieën voor botvervanging, met name wat betreft de aanpassing aan onregelmatige vormen, de verkorting van de operatietijd en de minimalisering van de preoperatieve fasen.
Hoewel de resultaten bij diermodellen veelbelovend zijn, waarschuwden de onderzoekers dat de overgang naar klinisch gebruik bij mensen nieuwe stappen vereist. Daaronder vallen onder meer validatie bij grotere dieren, de ontwikkeling van gestandaardiseerde industriële productieprocessen en het voldoen aan de wettelijke vereisten met betrekking tot sterilisatie en de veiligheid op lange termijn van de gebruikte materialen.
In dat verband werkt het team al aan het versterken van het antibacteriële effect van de filamenten, het uitbreiden van de functionaliteit en het versterken van het proces voordat klinische proeven bij mensen worden gestart.
Volgens de beschikbare wetenschappelijke publicatie is het uiteindelijke doel om een hulpmiddel te hebben waarmee kritieke botdefecten tijdens operaties kunnen worden vervangd, waardoor gepersonaliseerde behandelingen mogelijk worden die een effectieve botregeneratie bevorderen, de operatietijd en postoperatieve risico’s verminderen en een praktische oplossing bieden die in realtime kan worden aangepast aan de anatomische behoeften van de patiënt.
