Twents polymelkzuur voor biomedische stereolithografie

In Twente is de eerste kunsthars ontwikkeld die biologisch afbreekbaar is, verwerkbaar via stereolithografie en ook nog eens stevig genoeg om bruikbaar te zijn voor een implantaat. Met het materiaal kun je onderdelen van het menselijk lichaam, zoals botten en hartkleppen, exact op maat namaken teneinde het origineel te kunnen vervangen, zo melden Ferry Melchels, Jan Feijen en Dirk Grijpma in het tijdschrift Biomaterials.

Bij stereolithografie bouw je een driedimensionaal object laagje voor laagje op met een apparaat dat in de verte lijkt op een printer. Meestal gebruik je daarvoor een vloeibare kunsthars die uithardt onder invloed van UV-licht. De input is een AutoCAD-tekening van het te vormen object, die je weer kunt herleiden uit een 3D-scan van het origineel.

Industrieel ontwerpers kennen deze replicatietechniek al meer dan 10 jaar, en het idee om haar voor biomedische toepassingen te gebruiken is ook niet nieuw. Je zou bijvoorbeeld een poreuze kunststof kopie van een bot kunnen maken waar je vervolgens celmateriaal van de patiënt in ‘zaait’. In het ideale geval groeien die cellen uit tot een nieuw bot in de vorm van de kunststof matrix, die ze vervolgens geleidelijk afbreken en door levend weefsel vervangen.

Probleem was tot nu toe dat de meeste bestaande stereolithografische harsen totaal niet biologisch afbreekbaar zijn. En de paar die dat wél zijn, zijn in de praktijk te bros.

De Twentenaren hebben nu een hars ontwikkeld op basis van amorf polymelkzuur (poly(D,L-lactide)), een materiaal dat qua mechanische eigenschappen vrij dicht bij natuurlijk botweefsel zit. Om te beginnen polymeriseerden ze D,L-lactide met hexaandiol, glycerol of sorbitol als initiator. Dat leverde stervormige oligomeren met respectievelijk 2, 3 en 6 uiteinden op. Die uiteinden functionaliseerden ze met methacryloylchloride. Met een beetje foto-initiator erbij, en ethyllactaat als verdunner, ontstond een UV-gevoelige hars die bruikbaar bleek voor stereolithografie.

Essetieel is dat het ethyllactaat niet meereageert en zelf ook biologisch afbreekbaar is. Bij eerdere pogingen met polymelkzuur moest er een reactieve verdunner bij die niet-afbreekbare blokken in het uiteindelijke polymeer opleverde.

De onderzoeers hebben daadwerkelijk poreuze blokjes opgebouwd uit dit materiaal. Muizencellen (pre-osteoblasen) bleken er prima aan te hechten.

bron: UT