Gepersonaliseerde implantaten: een sprong voorwaarts in de medische wereld

Tijdens het interview spat het enthousiasme van de projectverantwoordelijke er af en belanden we vrij snel in de technisch complexe materie van 3D geprinte implantaten. We ontmoeten elkaar op een zonnige dag op de Technische Universiteit Eindhoven. Chris Arts, Associate professor Translational Biomaterials, werkzaam aan zowel Maastricht University en Technische Universiteit Eindhoven en Raymond Bevers, Project Manager aan Maastricht University zijn aanwezig en beiden vertellen ronduit over hun project.

Een implantaat is een voorwerp gemaakt van niet-menseigen materialen dat in het lichaam wordt geplaatst ter vervanging van bijvoorbeeld een bot, wervel of gewricht. Knie en heup-implantaten worden al veelvuldig toegepast en zijn relatief bekend, maar niet alle gewrichten of botten kunnen even gemakkelijk vervangen worden, maar daarover later meer. Een implantaat vervangt dus de functie van het bot of gewricht. Een orthese ondersteunt en corrigeert een bot of gewricht bij het uitvoeren van haar taken, zoals bijvoorbeeld een brace bij scoliose (scheefgroei van de ruggenwervels) patiënten. Een implantaat wordt dus in het lichaam geplaatst, terwijl dat bij een orthese niet gebeurt. Omdat ieder mens anders is, moeten implantaten en orthesen specifiek bij de mens passen, en om optimaal te functioneren moeten ze volledig op maat gemaakt worden. Maar dat is gemakkelijker gezegd dan gedaan.

De vergrijzing in de Vlaams-Nederlandse grensregio neemt toe. Dat gaat gepaard met onder andere de groei van klachten over ernstige gewrichtsslijtage. Patiënten kunnen in veel gevallen al een implantaat krijgen (bijvoorbeeld knie of heup). In Nederland worden jaarlijks bijvoorbeeld al 60.000 heup- en knieoperaties gedaan. De huidige generatie implantaten worden generiek gemaakt, legt Chris uit. Op dit moment heb je slechts een beperkt aantal maten implantaten beschikbaar.

De patiënt wordt nog altijd aangepast aan het implantaat in plaats van andersom. Dit betekent dat wanneer je een nieuwe heup nodig hebt er slechts een beperkt aantal maten heupen beschikbaar zijn. Door omliggende botten aan te passen, wordt het implantaat nu nog passend gemaakt voor de patiënt. Dit betekent dat de chirurg met frezen en hamers aan de slag moet, niet echt een prettig idee natuurlijk. Gepersonaliseerde implantaten zorgen ervoor dat de revalidatie sneller verloopt en (zware) heroperaties voorkomen worden.

Ook hebben de huidige generatie implantaten slechts een beperkte levensduur. En aangezien we niet alleen steeds ouder worden, maar ‘ook gezond ouder willen worden’ hebben we dus écht behoefte aan een nieuwe generatie duurzame implantaten.

In het eerste project richtten we ons op een aantal deelontwikkelingen voor de heup en de rug, waarbij we verschillende kennisdisciplines (onder andere geneeskunde, biologie, materiaalkunde en 3D-printing) bij elkaar brachten om nieuwe implantaten te ontwikkelen, zowel qua materiaal als qua ontwerp. De gekozen gewrichten zijn relatief gezien de meest 'eenvoudige' gewrichten om implantaten voor te ontwikkelen en 3D te printen.

Daarnaast ontwikkelden we een design workflow systeem (i.e. medische software) waarmee de afmetingen van het benodigde implantaat digitaal ontworpen kan worden op basis van CT-scans van de patiënt. Tot slot deden we onderzoek naar verbeterde 3D-printmethoden die de complexe ontwerpen en oppervlaktestructuren in combinatie met nieuwe materialen (i.e. metaallegeringen) kunnen printen.

We wilden aantonen dat deze aanpak met 3D-printen van implantaten mogelijk is. Dat is gelukt, maar vanwege de COVID-19 pandemie zijn we helaas niet tot de klinische testen (het testen van de implantaten op menselijke proefpersonen) gekomen. Voordat we echt patiënten kunnen helpen is er nog meer onderzoek noodzakelijk.

We toonden aan dat het principe van gepersonaliseerde implantaten werkt en daarom gaan we nu ontwikkelingen inzetten voor moeilijkere gewrichten, zoals de enkel en schouder. Deze gewrichten zijn complexere gewrichten omdat de belastingen die het implantaat aan moet kunnen vaak groter zijn gezien de beschikbare oppervlakte t.o.v. bijvoorbeeld een heup. Dit vraagt om andere, innovatieve eigenschappen, testen en validatie van de materialen, de ontwerpen en plaatsing in het lichaam. En zoals gezegd zijn er voor deze gewrichten momenteel minder goede oplossingen voorhanden. We kunnen voor patiënten die kampen met gewrichtsslijtage in de enkel en schouder dus echt verschil maken.

Naast de ontwikkeling van implantaten en orthesen, willen we ook onderzoek verrichten naar het versnellen van de genezing van botdefecten door toepassing van peptide-technologie (een peptide is een klein stukje van een eiwit).

In de hele wereld wordt al veel onderzoek gedaan naar implantaten, maar in de grensregio bevindt zich de top van de wereld op het gebied van 3D-printen. Daarnaast is er ook unieke kennis op het gebied van materialen.

Uiteindelijk gaat het erom dat verschillende disciplines samenkomen, iets waar we lang aan gewerkt hebben. En nu die we die bij elkaar hebben kijkt de rest van de wereld naar ons. Absoluut een mooi resultaat, ook al was dat zeker niet onze doelstelling. Het doel van Prosperos en Prosperos II is altijd geweest: Het verbeteren van de kwaliteit van leven van patiënten.

Ik ben blij dat we met de subsidie van Interreg weer grote stappen kunnen zetten. We verwachten in het Prosperos-II project het onderzoek naar de échte toepassing bij patiënten te starten, waarin we in Maastricht patiënten met een beschadigde tussenwervelschijf met een 3D-geprint implantaat kunnen behandelen.