Hoe gaan 3D-printers de zorg veranderen?

3D-printen is een technologie die bezig is aan een stormachtige opmars. Op dit moment is de 3D-printer nog vooral een handig hulpmiddel voor professionals zoals architecten, wetenschappers en kunstenaars. Het potentieel is echter gigantisch en het valt dan ook te verwachten dat de 3D-printer over enkele jaren de huiskamer gaat veroveren. Zo kan het zomaar zijn dat we binnenkort niet meer voor een spatel of een setje onderzetters de deur uit moeten maar gewoon onze printer aan het werk zetten. Reuze handig natuurlijk, maar wat voor kansen bieden 3D-printers eigenlijk voor de zorg? Op dit moment worden 3D-printers al op verschillende manieren in de zorg toegepast. Ze realiseren aanzienlijke kostenbesparingen, tijdwinst en kunnen in sommige gevallen zelfs van levensreddend belang zijn. Bedenkende dat de technologie pas in de kinderschoenen staat kan het wel eens zo zijn dat we aan de vooravond van een revolutie staan.

Hoe werkt zo’n 3D-printer eigenlijk?
Een 3D-printer maakt aan de hand van een digitale bouwtekening een driedimensionaal object. Zo’n 3D-object kan eigenlijk van alles zijn: een maquette, een beeldje, een hoesje voor je smartphone of dat ene kwijtgeraakte blokje lego. De bouwtekeningen hiervoor kunnen door ontwerpers te koop worden aangeboden of gratis ter beschikking worden gesteld.

Om een 3D-object te printen zijn er veel verschillende technologieën. Deze ga ik in dit artikel niet uitgebreid beschrijven. Eenvoudig gezegd worden dunne laagjes poeder of vloeistof op elkaar verbonden, die vervolgens een vaste vorm aannemen. Zo bouwt de printer laagje voor laagje een 3D-object op. Dit is met allerlei materialen mogelijk; zo zijn er onder andere 3D-printers die printen met plastic, gips, metaal, papier, keramiek of zelfs voedsel. Met sommige materialen is het ook mogelijk om een object in meerdere kleuren te printen.

Het printen van botimplantaten
Ook in de zorg worden 3D-printers in toenemende mate gebruikt. Een veel gebruikte zorgtoepassing is het printen van botimplantaten. Aan de hand van een CT-scan is het mogelijk om snel en relatief goedkoop een implantaat op maat te printen. Zo printte de Universiteit van Hasselt in 2012 met titaniumpoeder een nieuwe onderkaak voor een hoogbejaarde vrouw. De fabricage hiervan duurde slechts enkele uren. Een klassieke operatie, bestaande uit microchirurgische hersteloperaties, zou aanzienlijk meer tijd in beslag hebben genomen en bovendien risicovoller geweest zijn.

In februari van dit jaar vervingen Amerikaanse artsen bij een patiënt 75% van de schedel door een kunststof 3D-print van het bedrijf Oxford Performance Materials.  Kort voor de operatie werd door de Food & Drugs Administration (FDA) toestemming gegeven voor het gebruik van 3D-geprinte implantaten. In mei printte een ziekenhuis in Michigan een versteviging van de luchtpijp voor een 6 weken oude baby die door een obstructie in de longen niet kon ademen. De snelle beschikbaarheid van een implantaat op maat was hier van levensreddend belang. Voor de print werd gebruik gemaakt van een biologisch afbreekbaar polyester dat na 3 jaar oplost in het lichaam. Tegen die tijd moet het kind op eigen kracht kunnen blijven ademen.

Kronen en bruggen printen
Ook voor tandartsen kan 3D-printen van grote waarde zijn. Zo biedt het Oostenrijkse bedrijf Sirona een oplossing voor het printen van kronen en tijdelijke bruggen. De klassieke manier om een kroon te maken gebeurt middels het maken van een mal, welke vervolgens wordt opgestuurd naar een lab. Hier wordt de mal gescand en een kroon op maat gemaakt. Dit is een proces dat ongeveer twee weken duurt. Hier kan met 3D-printers veel tijd worden gewonnen.

Het printen van kronen gebeurt door met een digitale camera een scan van de tand te maken. Deze scan wordt vervolgens gebruikt om een kroon op maat te maken. De techniek verschilt van de meest gangbare 3D-printers:  het object wordt niet laag voor laag geprint maar uit een stuk porselein uitgeboord. De fabricage van een kroon op deze manier duurt niet meer dan 18 minuten. De kroon kan dus gemaakt worden terwijl de patiënt wacht en het plaatsen van een tijdelijke vulling is niet langer nodig.

Het printen van menselijke huid
Eén van de finalisten van de Philips Innovation Award, op 14 mei 2013, waren vier studenten van de Universiteit Leiden met SkinPrint: een techniek om met een 3D-printer menselijke huid te printen.  Dit kan een belangrijke doorbraak zijn in de behandeling voor brandwondslachtoffers. Met een naald wordt er bij de patiënt een klein stukje huid afgenomen. Deze huidcellen worden op kweek gezet, waar ze in een rap tempo vermenigvuldigen. Deze gekweekte huidcellen worden vervolgens door de 3D-printer gebruikt als grondstof voor het printen van een lap nieuwe huid. Deze methode biedt voordelen ten opzichte van een traditionele huidtransplantatie. Hierbij wordt huid van het bovenbeen weggehaald, wat een pijnlijke ingreep is en veel littekens achterlaat.

De studenten zijn op dit moment bezig om de techniek goedgekeurd te krijgen door de European Medicines Agency en verwachten dat het over ongeveer 5 jaar in ziekenhuizen al kunnen worden toegepast.

Kortere operatietijd dankzij 3D replica’s
Doktoren in het Belgische ziekenhuis Université Catholique de Louvain (UCL) gebruiken 3D-modellen bij de voorbereiding van botreconstructies. Met een CT-scan wordt de schedel of kaak van de patiënt eerst in kaart gebracht. Met een 3D-printer print van Mcor wordt er vervolgens een exacte replica geprint van papier. De driedimensionale botmodellen worden gebruikt om de operatie zorgvuldig voor te bereiden. Zo kan de vorm van de benodigde implantaten vooraf exact worden vastgesteld, wat kostbare tijd scheelt in de operatiekamer. Professor Olszweski, chirurg en hoofd kaakchirurgisch onderzoek aan de UCL geeft aan dat door het gebruik van deze botmodellen per behandeling maar liefst een uur winst wordt geboekt in de operatiekamer.

Maki Sugimoto, chirurg en professor aan de Kobe University in Japan, spreekt in een toespraak op TEDxOsaka over de mogelijkheden en toepassingen van het printen van 3D modellen opgebouwd uit verschillende materialen. Met een complexe 3D printer kunnen modellen van het lichaam van een patiënt worden geprint waarbij de buitenste laag transparant is. Door deze laag heen zijn geprinte botten, bloedvaten en organen direct zichtbaar. Het gebruik van dergelijke complexe 3D-modellen kan bijdragen aan een betere voorbereiding van operaties. Ze helpen artsen om de operatie op voorhand door te spreken en de te volgen procedure af te stemmen. Doordat de printer gebruik maakt van een mix van stugge en flexibele structuren is het zelfs tot op zekere hoogte mogelijk om de operatie op het model te simuleren. Daarnaast zijn de 3D modellen van grote waarde voor de educatie van artsen en verplegend personeel in opleiding.

Maaltijden uit een printer
Gesteund door de Europese Unie werkt onderzoeksinstituut TNO aan een 3D-voedselprinter. Deze printer print uit voedselpuree maaltijden met een vaste vorm, bijvoorbeeld broccoliroosjes uit gepureerde broccoli of gepureerde kip in de vorm van een kippenpootje.

Als toepassing ziet TNO verzorgingstehuizen, waar mensen met kauw- en slikproblemen nu nog 3x per dag een shake van gepureerd voedsel krijgen voorgeschoteld. Echte maaltijden, die kunnen worden gegeten met mes en vork, kan bij deze mensen het plezier in eten terugbrengen. Daarnaast maakt de technologie het mogelijk om maaltijden aan te passen aan de individuele behoeften van de patiënt: de printer kan bijvoorbeeld extra eiwitten of calcium aan het eten toevoegen.

Richtlijn is dat er eind 2014 een prototype bestaat dat maaltijden kan printen met de snelheid van 1 maaltijd per minuut. Kjeld van Bommel, onderzoeker aan het TNO, verwacht dat er enkele jaren later productiemodellen zullen zijn die nog sneller zijn en breed in de zorg zullen worden gaan toegepast.

Wat kunnen 3D-printers in de toekomst?
De technologische ontwikkelingen en toepassingen op het gebied van 3D-printing volgen elkaar in rap tempo op. Wat kunnen we in de toekomst van 3D-printers verwachten? Chirurg Anthony Atala benoemt in een toespraak op TED enkele ontwikkelingen waar op dit moment aan gewerkt wordt. Zo spreekt hij over een nieuwe generatie 3D-printers voor de zorg die direct op het lichaam van de patiënt kunnen printen. Deze printer maakt eerst een scan van een wond, om vervolgens laag voor laag de juiste cellen op het lichaam te printen en zo de wond te herstellen.

Waar ook intensief onderzoek naar wordt verricht is het printen van organen. Naast het printen van menselijke huid verwacht Anthony Atala dat het in de toekomst ook mogelijk zal zijn om complexere organen te printen. Door een scan te maken die een orgaan laag voor laag in kaart brengt kan een 3D-printer dit orgaan vervolgens reconstrueren, met voor elke laag de juiste cellen. Een prototype is op deze manier al in staat een nier van menselijk weefsel te printen. Het zal nog wel even duren voordat met deze technologie nierpatiënten kunnen worden geholpen maar de ontwikkeling is in ieder geval veelbelovend.

Wat denkt u? Is het mogelijk dat de 3D-printer in de toekomst het donorprobleem gaat oplossen?
Ziet u nog andere toepassingen voor 3D-printers die grote veranderingen in de zorg gaan brengen?
Wij lezen het graag in de reacties!