De gehoorbeentjes van het middenoor - de malleus, incus en stapes - zijn de kleinste botten in het menselijk lichaam. Alle drie passen op een dubbeltje, met ruimte om te sparen. Hun taak is om geluiden van de trommel naar de vloeistof van het binnenoor over te brengen. Ziekten, ongevallen en tumoren kunnen deze botten beschadigen, wat zogenaamd "geleidend gehoorverlies" wordt genoemd. De remedie is een delicate operatie, waarbij de botten worden vervangen door een kleine prothese. Maar de operatie heeft een relatief hoog faalpercentage, ongeveer 25 tot 50 procent.
Nu gebruiken onderzoekers van het University of Maryland Medical Center 3D-printers om op maat gemaakte oorbotten te maken. Ze hopen dat deze prothesen de huidige technologie zullen verbeteren en het slagingspercentage van chirurgie zullen verhogen.
Het team, bestaande uit een radioloog en twee artsen voor oor, neus en keel, nam de gehoorbeentjes van drie menselijke kadavers en verwijderde de middelste botten of incuses. Ze gebruikten vervolgens een CT-scanner om beelden te maken van de gaten die door de incuses waren achtergelaten, en ontwierpen kleine prothesen die in die gaten passen. De prothesen varieerden met slechts fracties van millimeters, met zo iets verschillende hoeken.
De onderzoekers gaven vervolgens vier verschillende chirurgen de drie prothesen en lieten ze raden welke in welk oor ging. Elke chirurg bracht de prothesen onafhankelijk op de juiste oren.
"Ze zeiden dat het niet zo moeilijk was om erachter te komen, " zegt Jeffrey Hirsch, een radiologie professor die het onderzoek leidde. "Het was bijna als een soort Goudlokje - deze prothese was te strak in dit oor en te los in dit oor, maar in dit oor is het precies goed."
Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift 3D Printing in Medicine .
De volgende stap is het testen van de prothesen op werking met behulp van kadavers of diermodellen. Ze kunnen trillingen door een prothese laten lopen om te zien hoe deze geluid overbrengt.
Rendering van prothese op zijn plaats (University of Maryland Medical Center) Er zullen een aantal belangrijke uitdagingen moeten worden overwonnen voordat de prothese klaar zou zijn voor menselijk gebruik. De CT-beelden die werden gebruikt om de prothesen te maken, werden gemaakt met kadavers schedels die waren gesneden om slechts een deel van het omliggende bot te omvatten. In een levend mens met een intacte schedel kunnen deze beelden moeilijker te bereiken zijn.
Dan is er de kwestie van materiaal. De prototypes die in het onderzoek zijn gebruikt, zijn gemaakt van een polymeer dat niet door de FDA is goedgekeurd voor permanente implantatie bij mensen. Dus het team zal uiteindelijk een biocompatibel materiaal moeten vinden. Ze experimenteren ook met de vraag of de prothese kan worden ontworpen met een wafelachtige textuur om er een steiger voor stamcellen van te maken. In theorie zouden de prothesen dan van echt bot kunnen zijn, wat het risico op afstoting zou verminderen.
De afgelopen jaren hebben een aantal onderzoekers 3D-printen gebruikt om externe oren of oordelen te maken. Onderzoekers in het VK en Californië gebruikten stamcellen om oren op 3D-geprinte steigers te laten groeien om kinderen met microtia te behandelen, een aangeboren afwijking van het uitwendige oor. Onderzoekers van Wake Forest University hebben externe oordelen gemaakt met een 3D-printer met levende cellen en biologisch afbreekbare polymeren.
"Verschillende groepen onderzoekers richten zich op het afdrukken van ooronderdelen vanwege de behoefte aan verbeterde technologieën voor patiënten met gehoorverlies", zegt Anthony Atala, directeur van het Wake Forest Institute for Regenerative Medicine.
Atala zegt dat het onderzoek van de Universiteit van Maryland "veelbelovend is, omdat deze structuren een integrale rol spelen in de functie van horen in het oor."
De rol van 3D-printen in regeneratieve geneeskunde is natuurlijk niet beperkt tot oren. Onderzoekers, waaronder Atala en zijn team, hebben gewerkt aan de ontwikkeling van 3D-printtechnologie voor allerlei lichaamsdelen, van huid tot botten tot nieren. In 2012 implanteerden onderzoekers een 3D-geprinte tijdelijke luchtpijp bij een baby die was geboren met een aangeboren afwijking waardoor zijn bronchiën instortten.
"Ik denk echt dat 3D-printen een zorgstandaard wordt wanneer er een prothese nodig is, of dit nu een gewricht of een middenoor is", zegt Hirsch. "De zorgstandaard zal geen kant-en-klaar onderdeel zijn, maar een onderdeel dat op maat is ontworpen voor die specifieke patiënt."
