Stel je voor dat je voor alles wat je vandaag nog wilt doen maar één hand kan gebruiken. Dat is de realiteit voor mensen met een peesletsel in de hand. Onderzoekers van de KU Leuven ontwikkelen daarom een 3D-geprinte kunststof tube die buigpezen sneller helpt genezen.
Het scorebord toont 20 tegen 19. De tegenstander onderschept de rugbybal en stormt richting de eindlijn. Met nog maar een aantal minuten te gaan moet verdediger Michiel hier een stokje voorsteken. Helemaal uitgestrekt grijpt hij nog juist het truitje. Meteen voelt hij het: zijn wijsvinger plooit verkeerd en zijn pees knapt als een elastiek. Eens aangekomen op spoed brengen de verpleegkundige hem naar de operatiekamer. De chirurg zucht: ‘Deze ingreep is als zoeken van de juiste sliert in een bord spaghetti’. Voor de komende 3 tot 6 maanden zullen alledaagse taken moeizaam gaan voor Michiel. Door de omvang van de ingreep, is de kans op complicaties zoals ontstekingen en infecties ook groot. Als dat gebeurt, vertraagt de revalidatie en is soms zelfs een nieuwe operatie nodig.
Daarom werkt ons team aan een oplossing om ervoor te zorgen dat Michiel sneller terug tussen de ‘yard-lines’ zal staan. Ik ontwikkel een buisvormige structuur van vezels die de chirurg over de beschadigde delen van de pees kan schuiven. Hiervoor maak ik gebruik van 3D-printers. 3D-printers zijn niet nieuw en we zien hun toepassingen al terugkomen in prototypes, gereedschap of decoratie. Steeds vaker vinden ze ook toepassingen in de biomedische wereld. We kunnen de veelgebruikte kunststoffen niet zomaar in het lichaam brengen, aangezien deze niet afbreekbaar en toxisch zijn. Als biochemische onderzoeker ontwikkel ik hiervoor vernieuwende kunststoffen die geleidelijk aan ook afbreken in het lichaam en niet toxisch zijn.
Eigenlijk misleiden we het lichaam een beetje: we printen vezels die lijken op de structuur van een echte pees, zodat het lichaam niet door heeft dat we er iets aan toevoegen
Het lichaam als inspiratie
Wanneer vreemde materialen in het lichaam terechtkomen, kan het immuunsysteem daarop reageren. Om deze kans te verkleinen, focussen we op drie aspecten: de kunststof, het design en de ondersteuning van het genezingsproces. Voor elk van deze halen we inspiratie uit het menselijk lichaam. De kunststof vezels moeten afbreekbaar zijn door water en enzymen, zodat er geen tweede operatie nodig is om de kunststof te verwijderen. Tegelijk moet het materiaal hierbij sterk genoeg zijn om de volledige herstelling van de pees te ondersteunen, ongeveer twaalf weken. De structuur bestaat uit twee lagen, elk met een specifieke vezelrichting. De vezels van de binnenlaag zijn parallel aan de collageenvezels in de pees. Dit zorgt ervoor dat de cellen van de pees in een gelijkaardige omgeving terecht komen. De buitenlaag heeft een willekeurige vezelrichting, vergelijkbaar met het weefsel rondom de pees. Als kers op de taart voegen we ook kleine nanodeeltjes met ontstekingsremmers en antibiotica toe. Bij een mogelijke infectie of ontsteking breken enzymen in het lichaam die deeltjes af, waarna de medicijnen gecontroleerd vrijkomen.
Van labo naar operatiekamer
Ik geniet van dit onderzoek omdat het veelzijdig is. Het brengt chemische, biologische en medische expertise bijeen. De samenwerking met biologen en chirurgen is noodzakelijk om onze oplossing naar de operatiekamer te krijgen. Biologen plaatsen cellen op de structuur om te onderzoeken hoe het materiaal zich gedraagt tijdens de genezing. Daarnaast zijn we ook van plan om mechanische testen uit te voeren op ingevroren menselijke donorpezen. We simuleren een peesletsel door het met een mes in het midden te snijden. Hierna zal een chirurg van UZ Leuven onze structuur over de beschadigde uiteinden van de pees schuiven en weer aan elkaar naaien. Hierdoor kunnen we nagaan of de stevigheid van de tube ook voldoende is. Als afsluiter van ons onderzoek is het ook de bedoeling dat we de tube op proefdieren testen. Als de testen succesvol blijken, kan de techniek in de toekomst patiënten sneller opnieuw hun vingers laten gebruiken. We schatten in dat deze tube na tien jaar beschikbaar zou zijn in de operatiekamer.
Voor patiënten zoals Michiel betekent een peesletsel maanden revalidatie, frustratie en onzekerheid. Als onze 3D-geprinte tube daarin het verschil kan maken, winnen niet alleen chirurgen kostbare tijd in de operatiekamer, maar krijgen patiënten ook sneller hun dagelijkse leven terug. Of Michiel ooit nog dezelfde actie zal maken, weten we niet. Maar hopelijk kan hij binnenkort opnieuw zonder nadenken zijn veters strikken, een koffietas optillen of een rugbybal stevig vastgrijpen. Misschien begint Michiels comeback dan niet op het veld of in de fitnesszaal, maar laag per laag in een 3D-printer in Leuven.
