3D-geprinte hartkleppen van siliconen

Een team onderzoekers van de ETH Zürich heeft in samenwerking met het Zuid-Afrikaanse bedrijf Strait Access Technologies kunstmatige 3D-geprinte hartkleppen van siliconen gemaakt. Deze kunnen dienen als vervangingskleppen voor een ouder wordende bevolking – ze vormen een levensvatbare oplossing omdat ze gemakkelijker te vervaardigen en veel toegankelijker zijn dan de kleppen die nu al op de markt zijn.

Volgens een door Sewell-Loftin MK gepubliceerde studie zullen tegen 2050 wereldwijd 850.000 mensen kunsthartkleppen nodig hebben als gevolg van de vergrijzing, een gebrek aan lichaamsbeweging en slechte voeding. Additieve vervaardiging zou een manier kunnen zijn om in deze belangrijke behoefte te voorzien: in de medische sector kan elk hulpmiddel aan de patiënt worden aangepast. Zo zouden we 3D-geprinte kleppen kunnen hebben, ontworpen op basis van het hart van elke persoon. ETH Zurich en Strait Access Technologies anticiperen op deze vraag door de eerste siliconentests uit te voeren.

Credits: Fergal Coulter / ETH Zürich

Voordat we het proces van het maken van deze 3D-geprinte kleppen uitleggen, is het belangrijk om hun rol te herzien. Ons hart bestaat uit vier kamers, elk met een klep die de bloedstroom slechts in één richting laat stromen. Als een van de vier kleppen niet goed werkt (lekkage, vernauwing, verwijding), stroomt het bloed terug naar de boezems of de kamers, waardoor het hart zwakker wordt. Dit is de reden waarom hartritmestoornissen en hartfalen worden waargenomen. Dit is waar kunstkleppen van pas komen: zij kunnen worden ingebracht om een goede bloedstroom te waarborgen.

Een 3D-geprinte klep in minder dan twee uur

Het begint met een CT-scan van de aorta van de patiënt: zo kunnen de vorm en de grootte van de falende hartklep heel precies worden bepaald. De gegevens worden vervolgens omgezet in een digitaal model waarmee de krachten die op de hartklep werken en de mogelijke vervorming ervan worden berekend. De onderzoekers leggen uit dat het vervolgens 1,5 uur duurt om de kunstklep 3D te printen (vergeleken met enkele dagen voor een traditioneel ontworpen klep). Ze kozen voor siliconen omdat dit een materiaal is dat compatibel is met het menselijk lichaam – de 3D-geprinte klep kan vervolgens worden versterkt met collageenvezels die dikte toevoegen. Het team zegt dat de bloedstroom door de 3D-geprinte kunstmatige hartklep even goed is als die van een traditioneel vervaardigde klep.

De 3D-scan van de aorta van de patiënt | Photo Credit: Fergal Coulter / ETH Zürich

Uiteindelijk zal het doel zijn om de levensduur van deze vervangende kleppen te verlengen van 10 tot 15 jaar. Momenteel is dit de levensduur van kunstkleppen bij patiënten voordat ze moeten worden vervangen. Manuel Schaffner, een van de deelnemers aan de studie, legt uit: “Het zou prachtig zijn als we op een dag hartkleppen kunnen produceren die een leven lang meegaan en zelfs met de patiënt kunnen meegroeien, zodat ze ook bij jonge mensen kunnen worden geïmplanteerd. Opgemerkt zij dat de meeste patiënten tegenwoordig levenslang immunosuppressiva of antistollingsmiddelen moeten slikken om te voorkomen dat het lichaam de kunstklep afstoot, wat aanzienlijke bijwerkingen heeft. Additive manufacturing zou dit risico dus volledig kunnen wegnemen.”

3D-geprinte klep

De eerste resultaten zijn bemoedigend, maar het zal nog 10 jaar duren voordat er kunstmatige 3D-geprinte hartkleppen op de markt zijn. Onderzoekers moeten veel klinische proeven uitvoeren. Ze leggen uit dat ze verschillende materiaaltests uitvoeren om te bepalen welke materialen de levensduur van de kunstklep het meest verlengen. Meer informatie vindt u HIER op de officiële website van ETH Zürich.

Het siliconen 3D-printproces | Credits: Fergal Coulter / ETH Zurich)