Twentse doorbraak: biologisch afbreekbaar kunsthars vervangt vitale
lichaamsdelen
Nieuwe type hars voor exacte kopieën van bot en hartkleppen
Onderzoekers van de Universiteit Twente hebben een nieuw type hars
ontwikkeld dat door het lichaam afgebroken kan worden. Deze nieuwe
hars maakt het mogelijk om belangrijke lichaamsdelen exact en daarmee
precies passend na te maken. Afhankelijk van waar het in het lichaam
gebruikt zal worden, kan de hars verschillende eigenschappen krijgen.
Op deze modellen worden cellen gezaaid en gekweekt, waardoor
lichaamseigen weefsels terug kunnen groeien. Ir. Ferry Melchels en
Prof. Dr. Dirk Grijpma van de onderzoeksgroep Polymeerchemie en
Biomaterialen van de Universiteit Twente ontwikkelden de nieuwe hars.
Met deze doorbraak komen ze in het gezaghebbende tijdschrift
Biomaterials.
Stereolithografie is een techniek waarmee drie-dimensionale objecten
vanuit een digitaal ontwerp gemaakt kunnen worden. Ook is het mogelijk
om met behulp van een (micro-)CT scanner een object te scannen om een
digitaal beeld te krijgen. Met een stereolithograaf kun je dat object
vervolgens zeer nauwkeurig nabouwen. Een stereolithograaf is dan een
3D-kopieermachine met zeer hoge resolutie. Het werkingsprincipe berust
op het plaatselijk uitharden van een vloeibare hars met
computergestuurd licht. De tot op heden beschikbare harsen voor
stereolithografie harden uit tot een chemisch netwerk dat niet
afbreekbaar is.
Hars
Nu hebben onderzoekers van de Universiteit Twente voor het eerst een
biologisch afbreekbare hars ontwikkeld die gebruikt kan worden voor
deze kopieermachine. Ze hebben de hars zo gemaakt, dat de uitgeharde
hars door het lichaam afgebroken wordt. Het maken van objecten van
deze biologisch afbreekbare hars kan gunstig zijn voor veel medische
toepassingen. Wanneer bijvoorbeeld een kind een hartklep-afwijking
heeft, dan kan met behulp van een CT-scanner een digitaal 3D-beeld
gemaakt worden van de hartklep. Met de nieuwe hars kan het model in de
stereolithograaf precies worden nagebouwd. Wanneer de structuur poreus
gemaakt wordt, kunnen er eigen cellen op teruggeplaatst worden.
Voedingsstoffen hebben zo ook toegang tot de cellen, zodat
uiteindelijk na afbraak van de drager structuur alleen weefsel
overblijft. Een andere mogelijkheid is om de hars te gebruiken voor
reconstructies van schedeldefecten. Je kunt, heel nauwkeurig, een
passende vorm maken met de stereolithograaf. Door daar patiënteigen
cellen op te laten groeien, zal eigen botweefsel weer gevormd worden.
Eigenschappen
De materiaaleigenschappen van de uitgeharde hars moeten sterk kunnen
variëren. Voor zachtere weefsels zijn namelijk heel andere
eigenschappen nodig dan voor hardere weefsels als bot. Belangrijke
eigenschappen hebben betrekking op mechanisch gedrag, celhechting,
vochtopnemend vermogen en afbreekbaarheid. Een botmateriaal moet
bijvoorbeeld stijf zijn en er moeten kalkzouten op kunnen neerslaan,
terwijl deze eigenschappen niet gunstig zijn voor zachte weefsels.
Biodegradeerbare dragerstructuur gemaakt door middel van
stereolithografie. De nieuw ontwikkelde hars op basis van polymelkzuur
maakt het mogelijk digitale drie-dimensionale structuren zeer
nauwkeurig na te bouwen. De witte balk is 500 micrometer lang. A)
fotografische weergave van een ontworpen poreuze structuur gebouwd met
stereolithografie. B) micro-CT scan van de gebouwde structuur. C)
Electronen microscopisch beeld. D) Gebouwde poroeuze structuur
ingezaaid met botcellen.
Biodegradeerbare dragerstructuur gemaakt door middel van
stereolithografie. De nieuw ontwikkelde hars op basis van polymelkzuur
maakt het mogelijk digitale drie-dimensionale structuren zeer
nauwkeurig na te bouwen. De witte balk is 500 micrometer lang. A)
fotografische weergave van een ontworpen poreuze structuur gebouwd met
stereolithografie. B) micro-CT scan van de gebouwde structuur. C)
Electronen microscopisch beeld. D) Gebouwde poroeuze structuur
ingezaaid met botcellen.
Universiteit Twente