Vernauwing van de luchtpijp of de hoofdbronchiën door een blessure of ziekte kan heel slecht aflopen. Als patiënten te weinig lucht krijgen, zuurstof, ze dreigen te stikken en hebben vaak zo snel mogelijk medische hulp nodig.

Chirurgen plaatsen stents van medisch bruikbare siliconen of metaal om deze patiënten te behandelen. Hoewel ze snel verlichting brengen, de implantaten hebben ook nadelen:metalen stents moeten met enige moeite operatief worden verwijderd, wat een last is voor de patiënten, terwijl siliconenstents vaak weg van de inbrengplaats migreren. De reden hiervoor is dat de implantaten niet zijn aangepast aan de anatomie van een patiënt.

Een onderzoeksteam van ETH Zürich, samengesteld uit leden van de groepen Complex Materials and Drug Formulation and Delivery, heeft nu samen met onderzoekers van het Universitair Ziekenhuis Zürich en de Universiteit van Zürich een luchtwegstent ontwikkeld; het is afgestemd op patiënten en bioresorbeerbaar, (d.w.z., het lost geleidelijk op degradeert na implantatie). Deze stents worden vervaardigd met behulp van een 3D-printproces dat bekend staat als digitale lichtverwerking (DLP) en lichtgevoelige harsen die speciaal voor dit doel zijn aangepast.

Eerst, de onderzoekers maken een computertomografiebeeld van een specifiek deel van de luchtwegen. Op basis hiervan, zij ontwikkelen een digitaal 3D-model van de stent. De gegevens worden vervolgens overgebracht naar de DLP-printer, die laag voor laag de op maat gemaakte stent produceert.

In het DLP-proces, een bouwplatform wordt ondergedompeld in een reservoir vol hars. Vervolgens wordt het platform volgens het digitale model op de gewenste locaties blootgesteld aan UV-licht. Waar licht de hars raakt, het verhardt. Het platform wordt een beetje verlaagd en de volgende laag wordt blootgesteld aan het licht. Op deze manier, het gewenste object wordt laag voor laag gemaakt.

Speciale hars ontwikkeld

Tot nu, DLP-technologie kon alleen stijve en broze objecten produceren met biologisch afbreekbare materialen. De ETH-onderzoekers, daarom, ontwikkelde een speciale hars die elastisch wordt na blootstelling aan licht.

Deze hars is gebaseerd op twee verschillende macromonomeren. De materiaaleigenschappen van het ermee geproduceerde object kunnen worden geregeld door de lengte (molecuulgewicht) van de gebruikte macromonomeren en door hun mengverhouding, zoals de onderzoekers laten zien in hun laatste studie in wetenschappelijke vooruitgang .

Zodra UV-licht de hars raakt, de monomeren verbinden zich met elkaar en vormen een polymeernetwerk. Omdat de nieuw ontwikkelde hars bij kamertemperatuur te stroperig is, de onderzoekers moesten het verwerken bij temperaturen van 70 tot 90 graden Celsius.

De onderzoekers maakten verschillende harsen met verschillende monomeren en testten de prototypes die ze ervan maakten om te zien of het materiaal celcompatibel en biologisch afbreekbaar is. Ze testten de prototypes ook op elasticiteit en op mechanische belasting zoals compressie en spanning.

Eindelijk, de wetenschappers gebruikten het materiaal met de gewenste eigenschappen om stents te maken, die werden getest op konijnen.

Het inbrengen van de stents vereiste ook een speciaal instrument, aangezien de 3D-geprinte objecten gevouwen moeten worden aangeleverd. Dit vereist dat de iThe-implantaten niet in de verkeerde richting geknikt of samengeknepen kunnen worden en dat ze zich perfect moeten ontvouwen op de plaats van plaatsing.

De onderzoekers voegden goud toe aan de structuur van de stent om het gebruik van medische beeldvorming te vergemakkelijken om de locatie tijdens het inbrengen te volgen. Dit maakt de stent robuuster, maar verandert niets aan de verdraagbaarheid ervan.

Succesvolle testen, goede vooruitzichten

De tests op de konijnen uitgevoerd door de onderzoeksgroep van Daniel Franzen, Senior arts bij de afdeling Pneumologie van het Universitair Ziekenhuis Zürich, en de faculteit Vetsuisse waren succesvol. De onderzoekers konden aantonen dat de implantaten biocompatibel zijn en dat ze na zes tot zeven weken door het lichaam worden opgenomen. Tien weken na implantatie, de stent was niet meer zichtbaar op röntgenfoto's. In aanvulling, de ingebrachte stents bewogen over het algemeen niet van hun inbrengplaats.

"Deze veelbelovende ontwikkeling opent perspectieven voor de snelle productie van op maat gemaakte medische implantaten en apparaten die zeer nauwkeurig moeten zijn, elastisch en afbreekbaar in het lichaam, " zegt Jean-Christophe Leroux, Professor in de formulering en levering van geneesmiddelen aan de ETH Zürich. Verder onderzoek zal zich richten op het zo zacht mogelijk inbrengen van de stents.

Verder, de processen zijn zo ontworpen dat productie mogelijk is op de plaats van gebruik, of in ieder geval korte toeleveringsketens met zich mee zou brengen. Het proces is nog op laboratoriumschaal. "Echter, het op grote schaal produceren van dergelijke stents is een complexe onderneming die we nog beter moeten bestuderen, " zegt André Studart, hoofd van de Complex Materials Group bij ETH. Echter, hij zegt dat de techniek relatief eenvoudig kan worden overgedragen naar vergelijkbare medische toepassingen. "Het is daarom hopelijk slechts een kwestie van tijd voordat onze oplossing zijn weg vindt naar de kliniek, ’ zegt de hoogleraar.

De studie is gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang .