Een internationaal onderzoeksteam van biomechanisch ingenieurs en chirurgen heeft een revolutionaire micro-3D-printer ontwikkeld die tijdens een stembandoperatie beschadigd weefsel kan herstellen. De printerkop is slechts 2,7 millimeter groot, de kleinste bioprinter die ooit is ontwikkeld, en kan met uiterste precisie hydrogels aanbrengen op het operatiegebied.
Na een stembandoperatie ontwikkelen veel patiënten stijve stembanden, waardoor spreken moeilijk wordt. Dit wordt vaak veroorzaakt door fibrose (littekenvorming) in het herstellende weefsel. Hydrogels kunnen dit proces tegengaan en het genezingsproces ondersteunen, maar tot nu toe was het toedienen van deze stoffen met een injectie onvoldoende nauwkeurig.
De nieuwe robotische printer, ontwikkeld aan de McGill University in Canada, biedt hiervoor een oplossing. “Ons apparaat is niet alleen ontworpen voor precisie en printkwaliteit, maar ook voor gebruiksgemak tijdens de operatie,” vertelt Swen Groen, eerste auteur en biomedisch ingenieur aan McGill. “Dankzij het compacte en flexibele ontwerp kan de chirurg het systeem naadloos integreren in bestaande operatieroutines en het handmatig aansturen in een beperkte werkomgeving.”
De technische uitdaging
Tussen de 3 en 9 procent van de mensen ontwikkelt in hun leven een stemstoornis als gevolg van cystes, gezwellen of kanker op de stembanden. Deze worden vaak chirurgisch verwijderd, maar veel patiënten krijgen daarna last van littekenvorming. Dat beperkt de trillingen van de stembanden en dus de stemkwaliteit.
Om dit te voorkomen, wilden de onderzoekers een miniatuur bioprinter ontwikkelen die tijdens de operatie direct in de keel kan werken, via een laryngoscoop door de open mond van de patiënt. “Aanvankelijk dacht ik dat dit onmogelijk was,” zegt professor Luc Mongeau, senior onderzoeker en biomedisch ingenieur aan McGill. “Een flexibele robot kleiner dan 3 millimeter bouwen leek onhaalbaar.”
De uiteindelijke oplossing werd geïnspireerd door de slurf van een olifant. De printkop bestaat uit een klein spuitmondje aan het einde van een buigzame ‘slurf’, die via kabeltjes verbonden is met een besturingsmodule die op een chirurgische microscoop kan worden gemonteerd. Hierdoor kan de chirurg de printer in real time handmatig aansturen en een gel op basis van hyaluronzuur precies aanbrengen in lijnen van 1,2 millimeter dik.
Precisie en controle
Om de nauwkeurigheid te demonstreren, gebruikten de onderzoekers het systeem om vormen zoals spiralen, hartjes en letters te “tekenen” met hydrogel. Vervolgens reconstrueerden ze gesimuleerde stembanden die gebruikt worden voor chirurgische training. De microprinter bleek in staat om weefseldefecten nauwkeurig op te vullen en zelfs een volledige stemband te reconstrueren.
“Wat deze technologie zo bijzonder maakt, is haar voorspelbaarheid,” zegt co-auteur Audrey Sedal. “Het systeem blijft stabiel, zelfs al gedraagt het zich in wezen als een flexibele waterslang. En wie ooit een tuinslang heeft gezien weet hoe moeilijk die te beheersen is zodra er vloeistof doorheen stroomt.”
Naar klinische toepassing
Momenteel wordt de printer nog handmatig bediend, maar het team werkt aan een hybride systeem dat zowel handmatige als geautomatiseerde besturing combineert. De volgende stap is het testen van de technologie bij dieren, met als doel om uiteindelijk klinische studies bij mensen te starten.
“Ons doel is om deze technologie daadwerkelijk in de operatiekamer te brengen,” zegt Mongeau. “Als de resultaten net zo goed zijn bij levende weefsels als in onze laboratoriumtests, kunnen chirurgen binnenkort tijdens een stembandoperatie beschadigd weefsel direct reconstrueren. Dat zou het herstel en de stemkwaliteit van patiënten aanzienlijk kunnen verbeteren.”
De nieuwe microprinter markeert een belangrijke stap richting precisiechirurgie op microschaal en toont hoe robotica en bioprinten kunnen samenkomen om gepersonaliseerde regeneratieve therapieën mogelijk te maken, precies daar waar millimeters het verschil maken.
3D-technologie
Op Hogeschool Saxion werd in 2023 onderzocht of 3D-geprinte pessaria op maat kunnen bijdragen aan betere zorg voor vrouwen met een verzakking. Een pessarium is een kunststof ring of kapje dat in de vagina wordt geplaatst om blaas en baarmoeder te ondersteunen en zo klachten te verminderen.
In het project werken Saxion, FabLab Enschede, Gyneacologen Coöperatie Oost Nederland (Gycon) en ZGT samen. Door 3D-printtechnologie kan het pessarium nauwkeurig worden afgestemd op de anatomie van de patiënt, wat het draagcomfort vergroot en de zelfredzaamheid bevordert. Deze innovatie moet het huidige, vaak ongemakkelijke trial-and-error-proces bij het aanmeten van pessaria verbeteren.
