Pepijn van der Gulden, journalist. Meer info

Politicoloog en socioloog, werkt bij Quest. Dat blad vol weetjes.

Denkt, draalt, dwaalt, zo nu en dan ook in tekstvorm – serieus of licht.
Dit is mijn archief. (vroeger was alles beter, maar ik niet)

Mail meStalk me


Nieuws, columns, analyses, gebbetjes

Inhoudsopgave

Navigeer met pijltjestoetsen


Dit stuk is geplaatst op
7/03/2015 om 7:00

Delen delen delen!

Volkskrant-logo
zaterdag 7 maart 2015

Print: knie, schedel, lever

Van onze verslaggever
Pepijn van der Gulden

Een kinderhart opereren of een schedel vervangen? Bij zulke operaties speelt de 3D-printer een steeds grotere rol. De volgende stap: een 'levensprinter' waar organen uitkomen. Wordt aan gewerkt.

Hoe opereer je een hartafwijking die zo uitzonderlijk is dat er geen handboeken of protocollen voor bestaan? Hoe kom je als chirurg in zo'n situatie goed beslagen ten ijs, wetend dat tijd schaars is en iedere vergissing fataal kan zijn? Baby Jasmijn van drie maanden was zo'n geval. Ze had een ingewikkelde hartafwijking, met een vernauwde aortaboog, een opening tussen de hartkamers en een rechterhartkamer met dubbele uitgang, waardoor het hart bloed slecht rondpompte. Een combinatie van factoren zo uitzonderlijk dat chirurgen van het Leidse UMC niet op een standaardprocedure konden terugvallen. Opereren was noodzaak, maar de oplossing onduidelijk.

Lange tijd tuurde chirurg Mark Hazekamp met zijn collega's vooraf naar CT-scans van het hartje. Plakje voor plakje rolden ze de beelden over het scherm. Ze probeerden in hun hoofd een ruimtelijk beeld te vormen en een strategie te bepalen: een eenkamerhart maken, met meerdere vervolgoperaties en een lage kwaliteit van leven tot gevolg? Of toch voor een tweekamerhart gaan, waarbij de levensverwachting veel hoger ligt? De beelden gaven simpelweg geen uitsluitsel, zegt Hazekamp. 'We zagen niet waar de opening tussen de hartkamers precies zat.'

Resteerde slechts één optie: het besluit tijdens de operatie nemen. 'We zetten het hart stil en maken het open.' Dat snoept echter kostbare tijd, nodig om vele ingrepen te doen. 'Het nemen van de beslissing kost gauw een half uur en maakt de operatie een race tegen de klok. De hartfunctie kan maximaal drie uur aan een hartlongmachine worden overgedragen.'

Bij gebrek aan beter zocht Hazekamp zijn heil bij een nieuwe techniek. Voor de operatie liet hij in Spanje een exacte kopie van het hart printen. Een paar centimeter groot, van flexibel wit kunststof, inclusief aangesloten bloedvaten. Nu kon Hazekamp het orgaan vooraf bekijken, van binnen en van buiten, zonder te hoeven snijden. Was een tweekameroplossing mogelijk? 'In een oogopslag zag ik: het kan. Die beslissing had ik wellicht niet genomen als ik niet vooraf had gezien dat het mogelijk was.'

De eerste Nederlandse hartoperatie op basis van een 3D-model slaagde in oktober, met een vrijwel normale levensverwachting tot gevolg. Sindsdien gebruiken Leidse chirurgen regelmatig 3D-modellen om beter te diagnosticeren.

Driedimensionaal printen rukt op in ziekenhuizen. Voor diagnoses en als oefenmateriaal, maar ook als implantaat. Een kaak in België, een oogkas in Engeland. De 3D-printtechniek lijkt nauwelijks grenzen te kennen, als we de ronkende voorspellingen mogen geloven. Hoe ver is de techniek nu echt, en wat is de toekomst? Komen alle implantaten binnenkort uit de printer rollen? Kunnen organen ook geprint worden? Of is het vooral een hype?

'Het is een hype, maar biedt daadwerkelijk veel nieuwe mogelijkheden', zegt Daniël Saris, kniechirurg aan het UMC Utrecht. In Utrecht staan meerdere 3D-printers. Ze printen op basis van CT-scans in vrijwel elke vorm, uit kunststof of hars. Dat biedt grote mogelijkheden voor de medische wereld, waar een goede voorbereiding belangrijk is, maar het mankement gewoonlijk pas tijdens de operatie zichtbaar wordt. Saris gebruikt 3D-prints bij vrijwel alle totale knieprotheseoperaties.

Protheses zijn nog een experiment

Maar niet om namaakknieën te printen. De kobaltchromen of titanium vervangknieën komen nog gewoon in betrouwbare standaardmaten uit een mal. En Saris ziet weinig reden om dat te veranderen. 'De standaardmodellen bewijzen zich al twintig jaar. Een 3D geprinte prothese is voor iedere patiënt anders en dus steeds opnieuw een experiment.'

Wel print hij voor operaties een kopie van het kniegewricht van een patiënt. Net als de Leidse chirurgen kan hij daardoor de belangrijkste beslissingen vooraf nemen. 'Een kunstknie moet goed passen. Vroeger hadden we elk onderdeel in maatje 2 tot en met 8 in de operatiekamer klaarliggen. Nu weten we dankzij het proefmodel: meneer Janssen heeft maat 5 scheenbeen en maat 6 dijbeen nodig. Dat bespaart passen en meten.'

Preciezer werken

Ook tijdens de operatie biedt 3D-printwerk uitkomst. Chirurgie vergt precisie, maar gaat ook gepaard met kluswerk. Botten moeten verzaagd, schroeven geplaatst. Dat gaat volgens Saris preciezer dankzij 3D-prints. 'We plaatsen malletjes die precies op het gewricht passen. Daarmee zaag je altijd op de goede plek.' Als een bottentimmerman met bijpassende verstekbak. 'Daardoor verdwijnt het avontuur uit operaties en maken vooral beginnende chirurgen minder fouten.'

Als de standaardmaten niet voldoen, biedt de 3D-printer ook daar een oplossing. Halverwege vorig jaar had de Utrechtse chirurg Bon Verweij de wereldprimeur een volledig geprinte schedelkap te plaatsen. De schedel van een 22-jarige patiënte groeide naar binnen, waardoor haar hersenen knel kwamen te zitten. De schedelkap moest eraf en met iets nieuws gesloten worden. De oplossing, een koepel van doorzichtig plastic, is precies op maat. De operatie verliep voorspoedig en de geopereerde deed een paar maanden later tevreden haar verhaal bij Pauw & Witteman.

Het blijft een kunstmatig onderdeel in een menselijk lichaam. Geprint lichaamseigen materiaal zou duurzamer zijn. Een week nadat de kunstschedel het nieuws had gehaald, werd Jos Malda van het UMC Utrecht gebeld door nieuwsgierige journalisten. Wanneer print hij het eerste levende hart?

Een gekke vraag misschien, maar aan Malda wel besteed. Hij werkt aan een project dat Frankenstein-achtige gedachten oproept: leven printen door een 3D-printer vele miljoenen menselijke cellen te laten combineren tot levende weefsels, zoals organen. In zijn printer zijn levende cellen de inkt. En dat werkt al, tot op zekere hoogte. 'Hartcellen in de juiste vorm printen is niet eens zo moeilijk. Het probleem is deze cellenbrij te laten functioneren en overleven.' Daar werkt Malda nu aan op de recentelijk geopende afdeling biofabricage van het UMC Utrecht.

Want als het lukt, lijken de mogelijkheden eindeloos. Door levend printkraakbeen toe te voegen kan artrose, waarbij bewegen door dunner wordend kraakbeen pijnlijk en lastig wordt, in een vroeg stadium worden verholpen. En geprinte, lichaamseigen cellen kunnen een slecht functionerende nier versterken. Het einddoel, organen printen, zou het donortekort kunnen oplossen.

Met wat voor apparatuur moet dit gaan gebeuren? In elk geval niet met de 3D-printers die je voor een paar honderd euro op bol.com koopt. Het zal eerder een exemplaar zijn zoals Malda dat in zijn lab heeft staan. Hij toont zijn 'levensprinter' in zijn onderzoekslokaal met lange centrale tafels, gescheiden door rekken met pipetten en flessen chemische vloeistoffen.

In een steriele kast toont het printapparaat zijn kunstjes. Tot op eentiende millimeter precies brengt de printer materiaal uit verschillende buisjes op een glazen oppervlak aan. Zo kunnen cellen gecombineerd worden, maar voor de demonstratie blijft het bij verschillende kleuren Nivea handcrème. Voor de machine is het om het even.

En dus glijdt de machine van ruim 200 duizend euro, geleverd door een Zwitserse machinebouwer voor horlogemakers, geruisloos over het glasplaatje om laagje voor laagje een Nivea-bouwsel te produceren. Zelfs dat is hightech. De machine produceert fantastische miniatuurkasteeltjes, inclusief open toegangspoort en torens op elke hoek.

Biogel

Het is maar crème, maar qua structuur lijkt dat op de 'celinkt' die Malda gewoonlijk gebruikt. 'We stoppen levende cellen in biogel. Dat is een soort gelatine, waar voedingsstoffen en zuurstof inzitten.' De biogel is goed aan te brengen en stabiel genoeg om op zijn plek te blijven liggen. De cellen zijn buiten het lichaam opgekweekt in petrischaaltjes of kweekflessen. Dat doen laboratoria al jaren.

De moeilijkheid is levende weefsels te bouwen die geïmplanteerd kunnen worden, stelt Malda. 'We moeten een omgeving creëren waarin de cellen zich goed voelen en actief worden.' Het onderzoek is er nu op gericht de omstandigheden zo aan te passen dat een vrijwel natuurlijke celomgeving ontstaat. Het printleven is voorlopig te weinig stabiel om in mensen in te brengen.

Plastic strengen voor stevigheid

Malda ziet de eerste toepassing van zijn techniek in het aanbrengen van kraakbeen. 'Kraakbeencellen kunnen goed tegen wisselende omstandigheden en zijn daardoor makkelijk te printen.' Om het nieuw ingebrachte weefsel direct stevigheid te geven worden kunststof draadjes tussen de cellen geprint. De afbreekbare plastic strengen zorgen voor stevigheid tot de cellen het werk overnemen en zelf kraakbeen aanmaken. In het lab werkt de methode, maar menselijke toepassing laat nog op zich wachten. 'Hopelijk kunnen we over zo'n tien jaar de eerste beschadigde plekken herstellen.'

Daarna zijn gedeeltelijke of volledige organen aan de beurt. Met elke stap neemt echter de complexiteit toe. Een klein stukje weefsel is één, maar een hele lever is andere koek, legt Malda uit. 'Dan moet je ook zorgen dat de cellen in leven blijven. Dus je moet een bloedbaan printen en zorgen voor afvoer van afvalstoffen.' Daardoor duurt het nog tientallen jaren voor een geprint hart mogelijk is, bezweert Malda. 'Het is een stip aan de horizon.'

Stukjes lever

Toch levert de methode al praktische toepassingen op. Het Amerikaanse bedrijf Organovo print op bestelling stukjes lever. Deze minilevers blijven ruim veertig dagen in leven en worden gebruikt om te testen of medicijnen aan zullen slaan bij een patiënt. Dit soort onderzoek werd eerder gedaan op celkweek, maar een ruimtelijke structuur reageert meer als een echt lichaam op medicijnen.

Dat is nog vele stappen verwijderd van een Frankensteinscenario. Een heel lichaam in de kelder printen gaat niet lukken. Recentelijk lukte het liefhebbers alleen nog maar de lichtschakelaar uit de film Frankenstein te printen, ontdekte Malda. Dichter bij het monster komt de thuisalchemist voorlopig niet.

De 3D-printers worden in Utrecht niet alleen voor onderzoek gebruikt, zegt Jos Malda van het UMC Utrecht. 'Als we iets nodig hebben, denken we steeds vaker: oh, laten we het printen.' Zo staan reageerbuizen in een op maat geprint rek en werden microscoopglaasjes in op maat geprinte doosjes naar Duitsland gestuurd. Deksels, bakjes en houdertjes voor onderzoeksmateriaal komen regelmatig uit de printer.

Maar niet al het printwerk is even serieus, erkent Malda. 'Op vrijdagmiddag hebben we wel tijd voor geintjes.' Het printen van plastic octopussen en robotjes helpt dan om de techniek onder de knie te krijgen. Voor cadeautjes op maat worden ontwerpen van het internet gevist. Zo kreeg een collega die 3D-geprinte oren ontwikkelt een geprinte mok cadeau - met een menselijke oorschelp als greep.




Gefeliciteerd, u bent de eerste die deze site heeft uitgelezen! U wint een geheel verzorgde midweek Vlieland. Mail mij met als onderwerp 'Ik heb tijd over' om uw prijs te innen. (enkel geldig als u niet stiekem stukjes hebt overgeslagen!)