Combinatie van 3D-geprint implantaat, stamcellen en botweefsel voorkomt onderbeenamputatie

Het Maastricht UMC+ maakt bekend voor het eerst een patiënt met een groot botdefect na een ernstige onderbeenbreuk met succes behandeld te hebben met behulp van een combinatie van biologisch afbreekbaar 3D-geprint implantaat, lichaamseigen stamcellen en botweefsel. Hiermee is een amputatie van het onderbeen bij de patiënt voorkomen.

Enkele tientallen keren per jaar krijgen Nederlandse patiënten te maken met een dusdanige botbreuk van het onderbeen dat amputeren de enige optie is. Dit komt door de grootte van het ontbrekende stuk bot, wat niet kan worden overbrugd. Het Maastricht UMC+ wijst op de impact die een dergelijke amputatie in veel gevallen heeft op patiënten. Het gaat hierbij niet alleen om een lichamelijke impact, maar ook om negatieve invloed op de psychische gesteldheid. Zo kan een amputatie door patiënten als een traumatische ervaring worden ervaren.

Gepersonaliseerd 3D-frame

De nieuwe behandeltechniek die het ziekenhuis onlangs heeft ingezet biedt uitkomst. Hierbij wordt allereerst een CT-scan gemaakt van het onderbeen van de patiënt, waarmee de breuk in beeld wordt gebracht. Op basis van deze scan wordt een gepersonaliseerd 3D-frame geproduceerd met behulp van een 3D-printer. Dit frame wordt gebaseerd op hetzelfde stuk bot in het andere been van de patiënt, dat nog wel in tact is.

Het frame wordt via een operatieve ingreep in de breuk geplaatst. Het implantaat bestaat uit twee componenten: een basis van een polymeer genaamd polycaprolactone met daar bovenop een laagje tricalciumfosfaat, dat van nature ook in botweefsel aanwezig is en botgroei stimuleert. Het implantaat is ontwikkeld door het Australische bedrijf Osteopore in samenwerking met het Maastricht UMC+ en het Maastrichtse onderzoeksinstituut MERLN.

Te grote afstand om te overbruggen

Wetenschapper Martijn van Griensven is nauw betrokken bij die ontwikkeling van het frame. Van Griensven licht in een artikel op de website van Maastricht UMC+ toe: “Vergelijk het met de afstand tussen Katwijk en Engeland. Je weet dat er aan de overkant van dat water nog land ligt, maar je ziet het niet. Zo is het bij zo’n grote botbreuk ook; het lijkt een onmogelijke taak de afstand te overbruggen. We zijn ons gaan afvragen: is er iets dat wij in het lab kunnen maken, buiten het lichaam dus, dat we vervolgens in het gat kunnen plaatsen waardoor we de breuk kunnen laten helen en de patiënt het bot weer kan belasten?”

Botten bestaan in belangrijke mate uit kalk en bevatten heel kleine gaatjes. In dit gaatjes zijn botcellen aanwezig. Van Griensven: “Zie het als de grotten die je vindt in bepaalde streken in Spanje. Holen in de bergen waarin mensen grotwoningen hebben gemaakt. Zo kun je een bot met botcellen in ons lichaam zien.” De wetenschappers hebben geprobeerd precies zo’n materiaal te maken van kalk met gaatjes. “Het lukte”, vertelt Van Griensven. “We hebben een oplosbaar plastic gemaakt met holtes en dat met kalk overtrokken, heel vergelijkbaar met onze botten.”

Stamcellen

Via het beenmerg van de patiënt worden tijdens de operatie stamcellen afgenomen. Deze stamcellen worden in een hoge concentratie samen met lichaamseigen botweefsel aangebracht op het operatief geplaatste 3D-frame. Dit zorgt ervoor dat uiteindelijk nieuw botweefsel begint te groeien aan het frame. Het 3D-frame is van biologisch afbreekbaar materiaal vervaardigd en wordt hierdoor na verloop van tijd volledig afgebroken. Dit is een belangrijk voordeel dat een tweede operatie voor het verwijderen van het frame overbodig maakt.

Traumachirurgen Martijn Poeze en Taco Blokhuis zijn enthousiast over de nieuwe techniek: “Als we mensen het fysieke en mentale leed van een amputatie kunnen besparen dan is dat natuurlijk heel veel waard. Je voorkomt dat patiënten de rest van hun leven een prothese moeten dragen met alle ongemakken die daarbij horen. We kunnen op deze manier dan ook een veel beter toekomstperspectief bieden.”

Nauwkeurige en steriele productie

Van Griensven benadrukt de nauwkeurigheid waarmee het implantaat wordt gemaakt. “Het vergt een bijzondere precisie om exact een implantaat te maken dat afgestemd is op de individuele patiënt. Daarnaast moet dit ook uiterst steriel gebeuren om infecties te voorkomen nadat het frame is ingebracht bij de patiënt”, aldus de wetenschapper.

Bij de productie van het 3D-frame dat wordt geïmplanteerd is steriliteit van groot belang om de kans op infecties te minimaliseren. Het frame is daarom 3D-geprint in Singapore, waar dit proces met een ‘zeer schone printer’ kan worden uitgevoerd.

Auteur: Wouter Hoeffnagel
Afbeelding: Dominik Karch via Pixabay