Professor Grazyna Ginalska herinnert zich die patiënt heel goed. Hij heette Daniel Bardega. “Het was een jongeman; een twintigjarige. Hij zat achterop een motor toen het ongeluk gebeurde. Daarbij werd hij gelanceerd. Zijn dijbeen was zo verbrijzeld dat er zeven centimeter van zijn bot ontbrak. De artsen wilden zijn been amputeren,” vertelt ze.
In die tijd werd er een medisch experiment werd uitgevoerd in Lublin (Polen) met kunstbot. Dat werd voor deze patiënt zijn redding. In plaats van zijn been te amputeren, implanteerden de artsen een paar stukken van iets dat leek op puimsteen in het been. Zo wisten ze het te behouden. Nu, 6 jaar na de operatie, is het been van de onfortuinlijke motorrijder vrijwel compleet hersteld. Hij loopt zonder krukken. Het enige dat hij heeft overgehouden aan het ongeluk, is dat hij licht mank loopt.
Kunstbot gemaakt van polymeren
Deze paar stukjes “puimsteen” die in het been van de patiënt zijn geïmplanteerd, worden FlexiOss genoemd. Dat is kunstbot, uitgevonden door Prof. Grażyna Ginalski en Prof. Anna Belcarz van de Medische Universiteit van Lublin (Oost-Polen). “FlexiOss is een synthetisch materiaal dat sterk lijkt op menselijk bot. Het bestaat voor 90 procent uit hydroxyapatiet. Hetzelfde materiaal dat in grote hoeveelheden in onze botten aanwezig is. Net als bot dat van polymeren is gemaakt. Wij gebruikten suikerpolymeer in plaats van collageen (dat in echte botten zit). Net als echt bot heeft het micro- en macroforen, waardoor bloedvaten en nieuwe botcellen het bot kunnen doordringen”, legt professor Grażyna Ginalska uit.
Prof. Ginalska begon 15 jaar geleden met het werken aan kunstbotten. Ze werd daartoe aangemoedigd door orthopedische artsen, die vaak klaagden over toenmalige botvervangende materialen. Deze poeder- of korrelvormige materialen kon je niet vormen. De artsen hadden iets nodig dat stijf was en toch makkelijk aan te passen. Dat zijn de kwaliteiten van FlexiOss. In eerste instantie is het ‘bot’ hard en ziet het eruit als puimsteen. Door het met het bloed van de patiënt en een zoutoplossing te bevochtigen, wordt het flexibel en kan het tijdens de operatie als boetseerklei worden gevormd. Na de implantatie van FlexiOss behandelen de osteoblasten (botvormende cellen) van de patiënt het kunstbot als een steiger. Binnen enkele maanden begint het proces van botreconstructie.
CE-certificering
Tot nu toe is FlexiOss gebruikt in medische experimenten en klinische studies. In totaal is het preparaat bij meer dan 40 patiënten geïmplanteerd. Bij sommigen, zoals Daniel Bardega, ontbraken botfragmenten na een ongeluk. In de tweede groep waren er mensen die al andere botvervangende materialen hadden laten implanteren. Hun lichaam stootte deze echter af. Volgens Professor Ginalski lijkt FlexiOss in beide groepen goed te werken. Hoewel het onderzoek nog niet is afgerond, heeft FlexiOss al enkele maanden een CE-certificering. Dit betekent dat het in de Europese Unie kan worden verkocht.
In Warschau werkt dr. Michał Wszoła en zijn team aan een bionische alvleesklier. Het plan is om een levende pancreas op een 3D-printer te printen.
Volgens de WHO hebben 422 miljoen mensen in de wereld diabetes. Onbehandelde suikerziekte kan snel leiden tot gevaarlijke complicaties en zelfs de dood. De meeste patiënten moeten voor de rest van hun leven insuline injecteren. Er is echter een groep patiënten voor wie insuline-injecties niet werken. Hun kansen op herstel liggen bij een alvleeskliertransplantatie. Dan moet er wel zo’n pancreas beschikbaar zijn. Helaas zijn er onvoldoende donoren. Dat probleem was voor Dr. Wszoła aanleiding zijn onderzoek te beginnen.
“We willen patiënten iets bieden dat net zo effectief is als een alvleeskliertransplantatie, zonder dat er gewacht moet worden op een donor. Vandaar het idee om een levend orgaan te printen op een 3D-printer die is opgebouwd uit levende cellen, die reageren op prikkels uit het lichaam. Omdat we het zelf produceren, we ook beginnen met het printen van patiënt-eigen cellen, kunnen we het vervolgens perfect laten aansluiten op het vaatstelsel”, legt Michał Wszoła uit.
Twee soorten bio-inkt om orgaan te printen
Om een levend orgaan te kunnen printen, moesten de wetenschappers verschillende innovatieve technologieën ontwikkelen. Ze begonnen met het creëren van twee soorten bio-inkt voor het drukken. Het eerste type, dat gebruikt wordt om de alvleesklier zelf te printen, bestaat uit levende alvleeskliercellen. Deze produceren insuline en stoffen die de extracellulaire matrix nabootsen. Dat wil zeggen een stof die de alvleeskliercellen in stand houdt en voedt. Het tweede type wordt gebruikt om het vasculaire systeem te printen. Het bevat onder andere endotheelcellen, die bloedvaten in het menselijk lichaam bouwen.
Vervolgens ontwikkelden de wetenschappers een ‘bioreactor’ die werkt als een soort incubator. Het is een speciaal vat dat gevuld is met perfusievloeistof. Deze bevat zuurstof en voedingsstoffen die de gedrukte alvleesklier in staat stellen om buiten het lichaam te overleven.
In maart 2019, na het invoeren van bijna 40.000 commando’s in de 3D-printer, waren de Poolse wetenschappers de eerste ter wereld die een alvleesklier konden printen. Een levende pancreas, met een compleet vasculair systeem. Eén die insuline produceerde als reactie op de suikergroei. De bionische alvleesklier ziet er niet als echt uit. Het is een klein stukje biomateriaal van van 3 x 3 x 5 cm. “We wilden niet eens dat de bionische alvleesklier eruit zou zien als een echte, omdat het transplanteren ervan dan tot veel vasculaire complicaties zou leiden”. Onze alvleesklier is bedoeld om een zeer goed vaatstelsel en een goede bloedcirculatie te hebben. Het hoeft er niet natuurlijk uit te zien”, vindt Michał Wszoła.
Al over 2 jaar proeven bij mensen
Het team is nu bezig met het verbeteren van het prototype en het testen ervan op dieren. De experimenten met muizen zijn vrijwel afgerond. Bij knaagdieren werd een klein stukje van de bionische alvleesklier geïmplanteerd. Daardoor kon het team controleren hoe het orgaan zich in een levend organisme gedraagt, hoe de bloedvaten groeien en of het ontstekingsreacties veroorzaakt. Enkele weken geleden bereikten wetenschappers de volgende fase van het project en begon de test op varkens. Bij deze dieren is een bionische alvleesklier van normale grootte geïmplanteerd om uit te vinden waar de beste plaats in het lichaam zou zijn om zo’n orgaan te plaatsen.
Als alles goed gaat, verwachten de wetenschappers dat over ongeveer 2 jaar de eerste proeven met een bionische pancreas bij de mens mogelijk zullen zijn. Veder is er een bedrijf opgericht dat op zoek gaat naar financiering voor verder onderzoek en de mogelijkheden om hun uitvinding te commercialiseren.
Lees via deze link andere IO-artikelen over orgaanprinting en bio-inkt.