Vervanging en Verbetering in het Menselijk Lichaam

Biomaterialen en 3D technologie

De moderne geneeskunde kan niet meer zonder het gebruik van biomaterialen en (nano)technologie. Bekende voorbeelden zijn implantaten zoals prothesen en kunstkleppen, maar er vinden innovaties plaats op het gebied van intelligente implantaten die (her)nieuw(de) functionaliteit bieden. Na beschadiging door kanker, trauma of veroudering kan herstel van functie worden bewerkstelligd door het gebruik van biomaterialen. Het gebruik van nieuwe materialen en specifieke op maat gemaakte implantaten resulteert niet alleen in een aanmerkelijk kortere operatietijd, maar ook in een verhoging van de efficiëntie en een vermindering van de morbiditeit. Mede hierdoor maar ook door het gebruik van antibacteriële coatings kunnen we het risico op infecties terugdringen.

Diverse supramoleculaire polymeren (ontleend aan natuurlijke materialen) worden getuned voor specifieke toepassingen. Door gebruik te maken van de Groningse expertise op experimenteel alsmede theoretisch-numeriek gebied, kunnen bijvoorbeeld op de natuur geïnspireerde waterbestendige lijmen worden gemaakt: designer coacervates (zelforganiserende biopolymeren), die potentieel toepassing hebben in de chirurgie; nanogels voor coatings en hydrogelen als modelsystemen voor bijvoorbeeld extracellulaire matrix van diverse soorten weefsel en ten behoeve van tissue engineering. Ook wordt met behulp van 3D-technologie gewerkt aan de reconstructie van structuren en organen. Coatings die ontwikkeld worden voor deze constructen dienen ter verbetering van de integratie in het weefsel en ter preventie en behandeling van infecties ten gevolge van het gebruik van lichaamsvreemd materiaal. Tot slot wordt er gewerkt aan in vivo en in vitro organoid modellen voor de isolatie en karakterisatie van stamcellen. Dit biedt de mogelijkheid om reparatiecellen aan te bieden aan specifieke organen, zoals bijvoorbeeld speekselklieren.

Toonaangevende voorbeelden:

Nanogel coating voor medische materialen
Al geruime tijd worden coatings toegepast op implantaten om acceptatie door het lichaam te verbeteren of om ze te kunnen visualiseren. Een grote uitdaging voor de ontwikkeling van deze coatings is dat ze nauwkeurig moeten worden afgestemd op de veelheid van implantaatmaterialen die klinisch worden gebruikt.

Nanogels bieden zeer interessante mogelijkheden voor versnelling van het innovatieproces. Gezamenlijk worden nanogel-coatings ontwikkeld voor verbeterde antibacteriële activering, die tevens gevoelig zijn voor fluorescentie en MRI. Deze nanogel-coatings zijn met succes aangebracht op verschillende materialen waaronder polymeren, rubbers en titaan. Voorafgaand aan klinische toepassing zal niet alleen de werking moeten worden aangetoond, maar ook eigenschappen zoals steriliseerbaarheid en levensduur.

3D Technologie

Het 3D-lab MKA/UMCG beschikt over technieken, software en klinische expertise om virtuele planningen voor een operatieve ingreep patiëntspecifiek te maken. Deze kunnen met behulp van 3D-visualisatie in de operatiekamer tijdens de operatie worden gebruikt om zeer nauwkeurig te kunnen werken. Daarnaast worden ook patiëntspecifieke hulpmiddelen en implantaten ontwikkeld voor first in human prototypes en gemaakt met behulp van 3D-printers.

De kracht van het lab is dat hier basaal wetenschappelijke kennis van diverse partners uit de RUG wordt gecombineerd met expertise op de verschillende chirurgische disciplines in het UMCG. Ook de korte lijnen met het bedrijfsleven voor de ontwikkeling en toepassing van diverse printer-technologieën zijn van groot belang voor snelle implementatie in de kliniek.

Ecosysteem partners: Bernoulli Instituut, W.J. Kolff, HG, 3D Lab, DASH, DSSC, WITEC, ENTEG
Technologie: 3D-technologie, beeldvorming, gegevensintegratie, big data-analyse.
Toekomstige mogelijkheid: optimalisatie van vorm en materiaal van implantaten. 3D-printen van organen met afgestemde biologische materialen en metamaterialen.