Lasergeprinte Bottransplantaten Kunnen Botgenezing Transformeren

Een team van ingenieurs van ETH Zurich heeft een efficiëntere en praktischere manier onthuld om bottransplantaten te maken. Hun aanpak maakt gebruik van nieuwe materialen en laserprinten om snellere herstel met minder risico mogelijk te maken. Dit is wat u moet weten.

Waarom Botbreuken Toenemen

U heeft waarschijnlijk, op zijn minst, iemand gekend die in zijn leven een bot heeft gebroken. Hoewel deze ervaringen kunnen variëren van kinderongelukken tot ernstig trauma, vereisen ze allemaal medische aandacht om ervoor te zorgen dat het bot geneest.
Helaas is het aantal mensen dat gebroken botten ervaart wereldwijd gestaag gestegen. Deze toename weerspiegelt de verouderende babyboomgeneratie. Rapporten van de International Osteoporosis Foundation (IOF) tonen aan dat er vorig jaar meer dan 37 miljoen fragiele fracturen bij ouderen werden geregistreerd, en deze trend zal naar verwachting blijven doorgaan met de verouderende bevolking.

Hoe Botten Natuurlijk Genezen

Het menselijk lichaam is ongelooflijk en kan fracturen en lichte breuken zelfstandig genezen. Als onderdeel van dit vermogen stuurt het eerst een verscheidenheid aan weefselcellen naar het beschadigde gebied. Deze tijdelijke cellen fungeren als een steiger, waardoor de nieuwe botgroei vorm krijgt en uiteindelijk verhardt.
Een deel van dit succes is te danken aan de unieke mix van microscopische doorgangen en ruimtes die door het hele bot aanwezig zijn. Indrukwekkend tonen rapporten aan dat een klein botfragment kleiner dan een kwartje meer dan 54 kilometer microscopische tunnels kan bevatten.

Wanneer Botbreuken Chirurgische Interventie Vereisen

Er zijn situaties waarin de breuk zo ernstig is dat het menselijk lichaam de wond niet kan genezen zonder extra hulp van zorgprofessionals. Met name vereisen ernstige samengestelde fracturen een fixatie die op zijn plaats wordt gehouden met metalen pinnen en implantaten.
Daarnaast kan het verwijderen van tumoren een deel van het bot wegnemen. Artsen moeten dit ontbrekende botsegment opvullen om het bot correct te stellen. In sommige gevallen wordt een transplantaat gemaakt met bot van de patiënt.

Autografts

Autografts zijn de meest gebruikte methode waarmee zorgprofessionals deze situatie aanpakken. Autografts kunnen in verschillende vormen voorkomen, waarbij de meest populaire het gebruik van bot van de patiënt, keramiek of metaalopties is.

Problemen met Autografts

Autografts kunnen het genezingsproces verbeteren, maar ze hebben ook hun eigen problemen. Ten eerste vereist het proces een extra operatie om het botweefsel dat voor het transplantaat wordt gebruikt, te bevestigen. Deze stap voegt kosten en risico’s toe, evenals tijdvertragingen en de noodzaak voor extra professionals.

Doorbraak van ETH Zurich in Lasergeprinte Bottransplantaten

Het wetenschappelijke artikel “A Water-Soluble PVA Macrothiol Enables Two-Photon Microfabrication of Cell-Interactive Hydrogel Structures at 400 mm s−1”¹, gepubliceerd in Advanced Materials, belicht een geheel nieuwe aanpak die de potentie heeft om de gezondheidszorg in de toekomst te revolutioneren.

2PP-microfabricatie

Om hun taak van het creëren van betere en stabielere transplantaten te volbrengen, keek het team naar een methode die bekend staat als Two-photon polymerization (2PP). Oorspronkelijk ontwikkeld als een directe lasergravure-techniek die wordt gebruikt in weefselengineer en geneesmiddelenontwikkeling, maakt het gebruik van femtoseconde laserpulsen.
Deze kleine, hoge-intensiteit lasers worden gebruikt om speciale fotosensitieve materialen te verharden. Het voordeel van deze aanpak is dat ingenieurs high‑resolution 3D‑architecturen kunnen ontwikkelen op (sub)micron‑schaal. Het is deze laatste mogelijkheid die de aandacht trok van professor Biomaterialen Engineering aan ETH Zurich, Xiao-Hua Qin, en zijn team.

Nieuwe Hydrogel Was Nodig

Het nabootsen van de extracellulaire matrix (ECM) van een mens is geen gemakkelijke taak, omdat het een ongeëvenaarde mate van complexiteit vereist die traditionele 2PP‑strategieën misten. Ze merkten op dat het gebruik van een dual‑photon laser de fotochemische reactie precies op één gebied kan richten, wat veel meer controle biedt dan eerdere single‑laser benaderingen.

Echter, het gel was niet stevig genoeg om vorm te krijgen of reactief genoeg om op zijn plaats te blijven. Om deze problemen aan te pakken, richtte het team zich op het creëren van een nieuwe hydrogel.

Opmerkelijk is dat de huidige vorm van 2PP-fabricage hydrogel gebruikt die (meth)acryleerde eiwitten bevat. Commerciële wateroplosbare thiol‑crosslinkers, zoals dithiothreitol, worden vaak gebruikt. Deze eiwitten missen de sterke cross‑linkingsmechanismen die nodig zijn om botgroei te ondersteunen.

Bron – ETH Zurich