Titanium heupimplantaten gaan niet eeuwig mee; ze worden geleidelijk losser en verliezen vroeg of laat hun grip op het bot. Onderzoekers van het Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research (IAP) hebben samen met het Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology (IGB)en het Fraunhofer USA Center for Manufacturing Innovation (CMI) gewerkt aan de ontwikkeling van een weefselkleefstof die vroegtijdige vervanging van prothesen kan helpen voorkomen.
De kleefstof wordt aangebracht op het titaniumoppervlak van het implantaat zodat het zich verbindt met het bot. Het hecht zich op een natuurlijke manier aan het bot. De kleefstof aan het weefsel heeft de kleefeigenschappen van mosselen en kan worden geprint. Door die kleefeigenschappen kan de printbare lijn ook goed hechten op rondingen en op oneffen oppervlaktes.
Mosselen nabootsen
Mosselen gebruiken een eiwit dat het aminozuur dihydroxyfenylalanine (ook bekend als DOPA) bevat om zich aan oppervlakten te kunnen hechten. De onderzoekers zijn erin geslaagd om de techniek van de mosselen te imiteren en toe te passen op menselijke uitvindingen, ook wel biomimetrie genoemd. Door de bindende eigenschappen kan het voor verschillende zaken in de biogeneeskunde worden gebruikt, zoals bij het sluiten van wonden.
Harde en zachte materialen met elkaar verbinden, is een hele klus. Onderzoekers van de TU Delft zijn er onlangs in geslaagd om met een uniek 3D-printproces hybride verbindingen van meerdere materialen te maken die opmerkelijk dicht bij het ontwerp van natuurlijke bot-peesverbindingen komen.
Herkennen als bot
De nieuwgevonden weefselkleefstof kan ook als lijm op de titaniumoppervlakken van implantaten worden aangebracht, waardoor het lichaam het oppervlak als een botachtige substantie herkent en met het bot verbindt. “De lijm op basis van dopamine kan worden gemengd met allerlei stoffen zoals de stof waaruit tanden zijn opgebouwd, eiwitten en signaalmoleculen. Deze bevorderen de groei van botcellen en kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt om titaniumimplantaten te coaten”, legt Dr. Wolfdietrich Meyer uit, een wetenschapper bij Fraunhofer IAP.
Chemische synthese
Een speciale coating zorgt ervoor dat het implantaat ‘natuurlijker’ overkomt op het lichaam, wat het genezingsproces en de integratie van het implantaat bevordert. De biobased, duurzaam geproduceerde lijm heeft bovendien antimicrobiële eigenschappen. De functionaliteit van de lijm kan worden verhoogd door middel van chemische synthese. Het kan worden aangepast om op licht te reageren, zodat het uithardt bij blootstelling aan UV-straling. Dit proces versterkt de hechtende werking. Foto-reactieve materialen kunnen in 3D-printen worden verwerkt met behulp van UV-straling. Deze mogelijkheid maakt de constructie van complexe structuren voor op maat gemaakte medische implantaten mogelijk.
Printbare lijm
Het onderzoeksteam van Fraunhofer IAP en IGB is erin geslaagd om de lijm printbaar te maken door de polymeren te verknopen. Daarbij werd een bioprinter gebruikt om het materiaal aan te brengen op de driedimensionale titaniumschacht van een heupgewricht bij het Fraunhofer USA Center for Manufacturing Innovation CMI in Boston, VS.
In toekomstige studies zijn onderzoekers van plan om oplossingen te ontwikkelen waarbij de kleefeigenschappen aan en uit kunnen worden gezet. Op die manier kan de beste plaats om het aan te brengen worden gezocht. Wanneer een chirurg de lijm op een enigszins verkeerd gebied heeft aangebracht, moet hij snel handelen om het te corrigeren en dus moet de kleeffunctie uit kort uit worden gezet.
