3D-printen is groot nieuws: tijdens zijn State of the Union-toespraak riep president Obama op tot de lancering van productiehubs rond 3D-printing, terwijl we eerder deze week de geboorte zagen van een van de meest speelse toepassingen van de technologie tot nu toe, de 3D Doodler, waarmee je massieve plastic objecten in 3 dimensies kunt tekenen.
Gisteren presenteerden Cornell artsen en ingenieurs een nogal ander gebruik van de technologie: een levensecht kunstoor gemaakt van levende cellen, gebouwd met behulp van 3D-printtechnologie. Hun product, beschreven in een artikel gepubliceerd in PLOS ONE, is ontworpen om kinderen te helpen die zijn geboren met aangeboren afwijkingen die hen achterlaten met onderontwikkelde buitenoren, zoals microtia.
De prothese - die eerder gebruikte kunstmatige materialen zou kunnen vervangen door piepschuimachtige structuren, of het gebruik van kraakbeenweefsel dat is geoogst uit de ribbenkast van een patiënt - is het resultaat van een meerstaps proces.
Eerst maken de onderzoekers een digitale 3D-weergave van het oor van een patiënt. Voor hun prototype hebben ze gezonde pediatrische oren gescand, maar theoretisch kunnen ze ooit een intact oor aan de andere kant van het hoofd van een patiënt scannen - als hun microtie slechts één van hun oren heeft aangetast - en het digitale beeld omkeren, waardoor om een exacte replica van het gezonde oor te maken.
Vervolgens gebruiken ze een 3D-printer om een stevige plastic mal te produceren met de exacte vorm van het oor en deze te vullen met een collageengel met een hoge dichtheid, die ze beschrijven als een consistentie vergelijkbaar met Jell-O.
Een 3D-printer maakt een plastic mal voor de collageensteiger van het oor. (Afbeelding via Lindsay France / Cornell University Photography) 
Een collageenoor, bezaaid met levende kraakbeencellen en geïmplanteerd onder de huid. (Afbeelding via Lindsay France / Cornell University Photography) Na het afdrukken introduceren de onderzoekers kraakbeencellen in de collageenmatrix. Voor het prototype gebruikten ze kraakbeenmonsters geoogst van koeien, maar ze konden in de praktijk vermoedelijk cellen uit kraakbeen elders op het eigen lichaam van de patiënt gebruiken.
In de loop van een paar dagen in een petrischaal gevuld met voedingsstoffen, reproduceren de kraakbeencellen zich en beginnen ze het collageen te vervangen. Daarna kan het oor chirurgisch worden bevestigd aan een mens en worden bedekt met de huid, waar de kraakbeencellen het collageen blijven vervangen.
Tot nu toe heeft het team alleen de kunstmatige oren onder de huid op de rug van laboratoriumratten geïmplanteerd. Na 3 maanden gehecht aan de ratten hadden de kraakbeencellen al het collageen vervangen en het gehele oor gevuld, en de prothese had zijn oorspronkelijke vorm en grootte behouden.
In een persverklaring zei co-auteur Jason Spector dat het gebruik van de eigen cellen van een patiënt de kans dat het lichaam het implantaat afstoot na de operatie aanzienlijk zou verminderen. Lawrence Bonassar, een andere co-auteur, merkte op dat de prothese naast aangeboren afwijkingen ook waardevol kan zijn voor mensen die hun buitenoor verliezen als gevolg van kanker of een ongeval. Als het wordt gebruikt voor een kind met microtie, groeit het oor na verloop van tijd niet mee met het hoofd, dus adviseren de onderzoekers te wachten om een van hun protheses te implanteren totdat de patiënt 5 of 6 jaar oud is, wanneer de oren normaal zijn gegroeid tot meer dan 80 procent van hun volwassen grootte.
Het grootste voordeel van de nieuwe technologie ten opzichte van bestaande methoden is het feit dat het productieproces aanpasbaar is, zodat het op een dag opmerkelijk realistisch ogende oren voor elke patiënt op een snel tijdschema kan produceren. De onderzoekers hebben het proces zelfs versneld sinds ze de experimenten in het onderzoek hebben uitgevoerd, waarbij ze de mogelijkheid hebben ontwikkeld om het oor rechtstreeks te printen met behulp van het collageen als een "inkt" en de schimmel niet meer te maken.
Er zijn echter nog enkele problemen die moeten worden aangepakt. Op dit moment hebben ze niet de middelen om voldoende eigen kraakbeen van een pediatrische patiënt te oogsten en cultiveren om een oor te bouwen, daarom gebruikten ze monsters van koeien. Bovendien zijn toekomstige tests nodig om aan te tonen dat chirurgische implantatie veilig is voor mensen. Het team zegt dat ze van plan zijn om deze problemen aan te pakken en al in 2016 aan de eerste implantatie van een dergelijk oor bij een mens zouden kunnen werken.
