Onderzoekers ontwikkelden een nieuwe methode om het hart van een patiënt na te maken. Ze wisten dit ge-3D-printe model zelfs een pompfunctie te geven.

Als een hartpatiënt onder het mes moet, dan is de behandeling idealiter op maat gemaakt voor die persoon. Maar er zijn tegenwoordig nog weinig manieren om dat te bereiken. Nu hebben technici aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT) een methode ontwikkeld om het hart van een patiënt precies na te maken met een 3D-printer. Dokters kunnen zo’n replica gebruiken om het meest geschikte hartklepimplantaat te selecteren voor de patiënt.

Lees ook:

• ‘Ons doel is een kunstmatig kinderhart te bouwen’
• TU Eindhoven: afbreekbare hartkleppen
• Ge-3D-print hout in aantocht?

Meten is weten

Het onderzoeksteam denkt dat het 3D-hart vooral mensen met aortaklepstenose kan helpen. Bij deze aandoening is de aortaklep vernauwd, waardoor de bloedstroom naar de organen vermindert of blokkeert, met verhoogde vermoeidheid, flauwvallen, en zelfs hartfalen tot gevolg. Aortaklepstenose wordt vaak behandeld door kunstmatige kleppen te implanteren die ontworpen zijn om de aorta te verwijden. Maar chirurgen moeten de klepmaat bepalen tijdens de operatie.

Jules Olsthoorn, hartchirurg in opleiding in het Catharina Ziekenhuis, legt uit: “Normaal gesproken kiezen we vooraf aan een hartklepoperatie het type hartklepprothese en schatten we ongeveer de juiste maat in. Tijdens de operatie leggen we het hart aan een hart-longmachine en halen we de oude hartklep weg. Pas dan kunnen we meten welke hartklep geschikt is voor die patiënt. Dat moet dus gebeuren terwijl het hart stilligt.” Het zou dus veel beter zijn als je dit van tevoren kon bepalen.

Voorbereidend werk

Hier kan het onderzoek van Roche en haar team een belangrijke rol gaan spelen. Zij slaagden er namelijk in om de harten van patiënten met aortaklepstenose te 3D-printen. Met deze 3D-modellen konden ze verschillende maten hartkleppen testen. Het is mogelijk om van ieders hart een 3D-print te maken, dus in de praktijk zou je zo elke patiënt op maat kunnen helpen. Clinici gebruiken dit hart dan om van tevoren het juiste type en maat hartklep te kiezen voor die specifieke patiënt. Op die manier voorkomen ze complicaties tijdens en na de operatie.

Hoger niveau

De onderzoekers gebruikten CT-scans van vijftien patiënten gediagnosticeerd met aortaklepstenose om tot een driedimensionaal computermodel te komen. Vervolgens maakten ze hier een 3D-print van met een op polymeer gebaseerde inkt. Met als resultaat een zachte, flexibele replica in de vorm van het originele hart. De onderzoekers slaagden er bovendien in om de aorta, de grote slagader die bloed van het hart naar de rest van het lichaam vervoert, te printen.

En het bleef niet alleen bij de anatomie. De wetenschappers wisten namelijk ook de pompfunctie na te bootsen. Daardoor tilden ze het hartmodel naar een hoger niveau. Om het namaakhart en de namaakaorta bevestigden ze een soort ‘mouw’, met aan de onderkant iets wat lijkt op bubbeltjesplastic met een heel precies patroon. Met een luchtpomp konden ze deze bubbeltjes vervolgens ritmisch opblazen, zodat het hart kon samentrekken, net als in het echt.

In het filmpje hieronder zie je hoe het ge-3D-printe hart pompt.

Veelbelovend

Olsthoorn en zijn opleider dr. Niels Verberkmoes zijn erg enthousiast over het onderzoek: “Er is duidelijk heel goed over deze studie nagedacht. Het 3D-model is zo geavanceerd dat het niet alleen de anatomie nabootst, maar ook de pompfunctie en de hartslag. Dat noemen wij nu next level 3D-printen.” Beide artsen, die ook onderzoek doen naar 3D-printen binnen de cardiologie, zijn daarnaast erg te spreken over de opzet van de studie. “Achteraf hebben de onderzoekers de 3D-modellen vergeleken met de originele CT-scans van de patiënten. Wij denken dat deze stap cruciaal is, aangezien het belangrijk is om jezelf te controleren en om perfectie na te streven.”

Door het toevoegen van de pompfunctie konden de onderzoekers ook een ziek hart met aortaklepstenose imiteren. Hierop konden ze vervolgens verschillende hartkleppen testen, om zo de ideale maat te kiezen voor de patiënt. Volgens Olsthoorn kunnen we dit nieuwe model ook gebruiken om nieuwe typen kleppen te testen. “Op dit moment zijn er twee soorten hartkleppen: mechanische en biologische. Bij de eerste zit een patiënt levenslang vast aan bloedverdunners, terwijl biologische kleppen sneller slijten. Het model uit deze studie simuleert werkelijk het hart en is daarom erg geschikt voor de ontwikkeling van stabiele, duurzamere kleppen.”

En volgens Olsthoorn gaat de toepassing verder dan alleen hartklepoperaties. “Vandaag de dag moeten we operaties met een hoog risico tot in het uiterste kunnen voorbereiden. Het tijdperk van trial-and-error in patiënten is voorbij. Ik denk dat vooral de basis van deze studie, het fysieke 3D-model met pompfunctie en hartslag, enorm waardevol is voor verder onderzoek.”

Update 3 maart 2023: Dit artikel is verder uitgebreid met citaten van hartchirurgen Jules Olsthoorn en Niels Verberkmoes (Catharina Ziekenhuis).

Bronnen: Science Robotics, Jules Olsthoorn, Niels Verberkmoes, IFLScience, EurekAlert!

Beeld: Melanie Gonick, MIT

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!