De bandjes van kraakbeen in je knie zijn kwetsbaar. Het 3D-printen van hydrogels lijkt een goede manier om een beschadigde meniscus te herstellen. Onderzoekers van Duke University in de VS printen twee verschillende materialen door elkaar heen om de bijzondere eigenschappen van het kraakbeen na te bootsen.

Je bovenbeen en je onderbeen zitten met spieren en pezen aan elkaar, maar ook twee schijven van kraakbeen - de menisci - zijn heel belangrijk. Die vangen de klappen op bij het lopen, springen of rennen.

De bandjes in je knie zijn dan ook gemaakt van een soort wondermateriaal: kraakbeen. Dat is soepel en stevig tegelijk, maar raakt dit eenmaal beschadigd - vaak is sporten de aanleiding - dan wordt lopen pijnlijk en loop je een verhoogde kans op artritis, gewrichtsontsteking. Bij volwassen mensen herstelt het kraakbeen ook niet meer vanzelf.
 

Meniscus 3D-printen

Artsen zijn dan ook erg geïnteresseerd in technieken om een beschadigde meniscus te vervangen. De materialen waarmee ze dat nu meestal doen, zijn vaak niet sterk en niet elastisch genoeg. Maar nieuw onderzoek biedt uitzicht op een methode om op maat een nieuwe (kunst)meniscus te 3D-printen.

Onderzoekers van Duke University hebben met het 3D-printen van hydrogels een kunstmeniscus geprint (zie filmpje rechts, waar een proefstukje wordt geprint) van een materiaal dat qua mechanische eigenschappen erg lijkt op kraakbeen. Zou je tot op molecuulniveau inzoomen op die hydrogels dan zie je - net als bij kraakbeen - dat het bestaat uit een web van lange vezels, waartussen watermoleculen zitten ingeklemd.
 

Door elkaar heen printen

Het knappe is dat de onderzoekers erin slaagden om een bijzondere eigenschap van het kraakbeen te benaderen: namelijk dat dit van binnen stevig is, maar van buiten zacht. Dat bootsten zij na door twee verschillende hydrogels door elkaar heen te printen, zodanig dat er een gradiënt van de twee materialen ontstaat; het ene wat steviger en het andere wat zachter. Als je door het materiaal heen zou lopen, neemt de concentratie van materiaal 1 toe en die van materiaal 2 af. Het resultaat is een materiaal dat - net als een meniscus van kraakbeen - een zachter gedeelte heeft om een steviger kern heen.
 

Juiste vorm

3D-printen is bij uitstek geschikt om implantaten te maken ter vervanging van een meniscus, omdat daarmee heel precies de juiste vorm te maken is. ‘Vorm is cruciaal bij een meniscus. Hij krijgt grote krachten te verduren en als hij niet perfect past, zou hij van zijn plek kunnen schuiven, wat naast onhandig ook zeer pijnlijk is’, aldus universitair docent Benjamin Wiley van Duke University in een nieuwsbericht van de universiteit. De precieze vorm van de kunstmeniscus is te bepalen met CT- of MRI-scans.

De printer die de Amerikaanse onderzoekers gebruikten, kostte maar zo’n 300 dollar om te bouwen. In dit onderzoek hadden de onderzoekers ongeveer een dag nodig om de kunstmeniscus te printen; van het maken van de scan tot het afronden van het implantaat. Het apparaat dat ze gebruikten is nog een demonstratiemodel; voor het printen van een echte meniscus is een grotere versie nodig. Daar wordt nu aan gewerkt.


Beeldmateriaal Feichen Yang, Duke University