Snelle test beoordeelt geschiktheid van implantaat

, door Marjolein te Winkel
foto: Henk Veenstra

Chemicus Patrick van Rijn en zijn onderzoeksgroep van de afdeling Biomedical Engineering van het UMCG ontwikkelden een methode om razendsnel te beoordelen hoe een implantaat beter door het lichaam geaccepteerd wordt. “We kunnen in drie dagen net zoveel werk verzetten als in drie jaar tijd op de conventionele manier.”

Een implantaat is bedoeld om iets te verhelpen: een knie- of heupprothese die een versleten gewricht vervangt, een pacemaker die ervoor zorgt dat hart in het juiste ritme blijft kloppen, of een cochleair implantaat om de functie van het oor over te nemen bij een gehoorbeschadiging.

Niet lichaamseigen

Maar het lichaam onderscheidt een implantaat als ‘niet eigen’, en reageert daarop. “Als je bijvoorbeeld een splinter in je vinger hebt, probeert je lichaam die er weer uit te krijgen”, legt Patrick van Rijn uit. “Lukt dat niet omdat hij te diep zit, dan maakt het lichaam een laagje littekenachtig bindweefsel. Dat noemen we kapselvorming.”

Kapselvorming is een natuurlijke reactie, maar bij sommige patiënten zorgt het lichaam voor heel veel inkapseling bij een implantaat en dat kan problemen veroorzaken. Van Rijn: “Bij een borstprothese kan te veel inkapseling zorgen voor een heel harde borst. En bij een cochleair implantaat kan inkapseling rond de elektrodes de functie verstoren, waardoor het implantaat niet goed werkt.”

En daarmee zijn we uitgekomen bij de vraag die Van Rijn fascineert: hoe kunnen we vooraf voorspellen wat voor materiaaleigenschappen een implantaat van gemaakt is moet hebben om door het lichaam geaccepteerd te worden? Dat daarbij verschillende factoren een rol spelen, maakt het beantwoorden van die vraag er niet eenvoudiger op.

10³ verschillende combinaties

Hij vergelijkt het met verven van een muur. “Stel: je kunt kiezen uit tien verschillende kleuren verf, uit tien verschillende types verf – hoogglans, mat, lak, noem maar op – en uit tien verschillende structuren in de verf. Daarmee heb je al een enorme variëteit aan uitkomsten, want hiermee kun je 10³, dus 1000 verschillende combinaties maken. En als het om een muur verven gaat, zijn dat er natuurlijk veel meer, want er zijn veel meer dan tien kleuren.”

“Er zijn gigantisch veel mogelijkheden om het materiaal van een implantaat te veranderen, maar het is onmogelijk om al die verschillende combinaties handmatig te testen.”

En zo, wil hij maar zeggen, is het ook met implantaten. “Het lichaam reageert op alles wat niet natuurlijk is. Deels komt dat door het immuunsysteem van een individu, en deels door het materiaal van een implantaat. Verschillend materiaal geeft verschillende reacties”, legt Van Rijn uit.

Glad en zacht oppervlak

En bij een materiaal spelen verschillende eigenschappen een rol: “We weten dat cellen reageren op de oppervlaktestructuur van het materiaal. De ene cel houdt bijvoorbeeld van een prothese met een glad, zacht oppervlak, de andere van een ruw, harder materiaal. Ook op de chemische compositie, dus waar het materiaal van gemaakt is, en de mechanische eigenschappen, hoe rekbaar en buigbaar het materiaal bijvoorbeeld is, zijn van invloed op hoe het lichaam reageert op een implantaat.”

Van Rijn houdt zich sinds zijn aanstelling in het UMCG, 6 jaar geleden, bezig met de vraag wat er gebeurt met het gedrag van cellen als je de verschillende componenten aanpast. “Er zijn gigantisch veel mogelijkheden om het materiaal van een implantaat te veranderen. Maar het is onmogelijk om al die verschillende combinaties handmatig te testen op cellen.”

Betere implantaten

Daarom ontwikkelde hij een technologie die in korte tijd de invloed van 10.000 verschillende combinaties van materiaaleigenschappen kan testen op menselijke cellen, zoals stamcellen, spiercellen en immuuncellen. “We kunnen hiermee in drie dagen net zoveel werk verzetten als in drie jaar tijd op de traditionele manier.”

De nieuwe methode kan bestaande materialen verbeteren, zodat er betere implantaten gemaakt kunnen worden en patiënten minder last hebben van infecties, afstotingsverschijnselen of problematisch littekenweefsel.

“Veel materialen worden al heel lang gebruikt, en zijn soms bij toeval gebruikt als implantaat”, vertelt Van Rijn. “Zo bleek tijdens de Tweede Wereldoorlog dat piloten met plexiglaswonden in de ogen weinig last hadden van ontstekingen, en zo kwamen artsen op het idee om dit materiaal voor implantaten te gebruiken.”

Sneller testen

Maar ook voor het testen van nieuwe materialen ziet Van Rijn kansen. “Voordat nieuwe materialen gebruikt mogen worden, gaan er jaren overheen. Met deze methode kunnen we veel sneller testen of het materiaal nog geschikter kan worden gemaakt door de oppervlakte-eigenschappen aan te passen.”

De 38-jarige Van Rijn ziet ook mogelijkheden om zijn testen uit te breiden, door bijvoorbeeld ook de invloed van signaalmoleculen zoals hormonen toe te voegen, die ook van invloed zijn op de reactie van het lichaam op een implantaat. “Er zijn nog zo veel experimenten te doen dat ik tot mijn pensioen hiermee door kan gaan.”

BiomACS
Van Rijn richtte in maart van dit jaar het bedrijf BiomACS op, dat met de door hem ontwikkelde technologie medische-implantaatontwikkelaars en bedrijven helpt bij het verbeteren van de biologische eigenschappen van implantaten om het risico op complicaties te verkleinen.
Kijk op de website van BiomACS voor meer informatie over de technologie.

Pagina delen Sluiten
 (optioneel)
Wat betekent dit?

Dit is een controle om vast te stellen dat u een menselijke bezoeker van deze pagina bent en geen zoekrobot.