Slimme bloedvaten voor dialysepatiënten

Hoe maak je met biomaterialen een nieuw bloedvat in je lijf? Klinkt als science fiction he?! Maar door slimme plastics in je lichaam te implanteren kunnen we nu cellen uit je lijf aantrekken en aansturen vanuit dit kunstmatige bloedvat. Uiteindelijk groeit het uit tot een lichaamseigen bloedvat!

22 juli 2020

In onze onderzoeksgroep ontwikkelen wij biomaterialen. Dat zijn slimme plastics (polymeren) die moleculen bevatten om cellen uit de omgeving aan te trekken en te stimuleren om uit te groeien tot weefsel. Deze biomaterialen verwerken we met behulp van ‘electrospinnen’. Electrospinning is een techniek die kunststofvezels produceert die vijfhonderd tot duizend keer dunner zijn dan een haar.

Organen kweken

Met deze nanofibers kun je bijvoorbeeld afbreekbare mallen maken om menselijke weefsels en organen te kweken. Wij maken er bijvoorbeeld flexibele buisjes van. Dit buisje plant je in het lichaam en over de tijd breekt het materiaal af en houdt je een lichaamseigen bloedvat over. In de afgelopen jaren zijn er veel veelbelovende resultaten uit deze biomaterialen gekomen.

Over het regeneren van bloedvaten met onze biomaterialen bij het programma ‘Knappe Koppen’ op NPO2
Dan Jing Wu voor NEMO Kennislink

Nu vraag je je misschien af wie precies baat heeft bij een kunstmatig bloedvat? We willen deze bloedvaten behalve bij patiënten met hart- en vaatziektes, ook gaan toepassen bij patiënten die een hemodialyse moeten ondergaan omdat hun nieren maar tussen de zes en vijftien procent functioneren. Bij een hemodialyse filtert een kunstnier (een machine) je bloed. Dialyse houdt mensen met nierfalen in leven. Zo’n 6200 mensen dialyseren in Nederland. Soms komt het voor dat een bloedvat niet (meer) geschikt is voor het aanprikken tijdens hemodialyse doordat het te klein is of juist verwijd is door een aneurysma.

Makkelijker prikken

Bloedvaten van deze patiënten krijgen het dus soms zwaar te verduren. Want ook om de dialysemachine herhaaldelijk te kunnen aansluiten op de bloedbaan van de patiënt, wordt soms operatief een kunstmatige verbinding aangebracht tussen een ader en een slagader. In dit geval wordt een bloedvat vaak in een loop-configuratie neergelegd om een slagader en een ader te verbinden. Dan kun je makkelijker prikken. Het nadeel van deze loop is dat het ervoor kan zorgen dat de kunstmatige bloedvaten dicht vouwen en daardoor de bloedstroom verstoren.

Samen met Kim op zoek naar een oplossing voor ‘kinkende (dichtklappende)’ bloedvaten.
Dan Jing Wu voor NEMO Kennislink

Hiervoor heb ik een oplossing bedacht die ik samen met masterstudente Kim van Dongen heb uitgewerkt. Met behulp van 3D-printtechniek hebben we de flexibele gesponnen synthetische vaten verstevigd. Dat is belangrijk omdat je wil dat de buisjes extra stevig zijn omdat ze niet mogen dichtklappen, maar tegelijkertijd moeten ze wel flexibel blijven.

Normaal bouw je met 3D-printen een object laag voor laag op door bewegingen in de X- Y- en Z-richting. Maar om extra vrijheid in het ontwerp te krijgen, hebben we nog een roterende vierde as ontworpen. Op deze manier kunnen we makkelijker en nauwkeuriger printen om een roterende as, dus structuren rondom het buisje. Deze stap hebben we flink geoptimaliseerd totdat we de juiste structuren konden printen die we graag wilden hebben.

Synthetisch bloedvat

Vervolgens hebben we allerlei verschillende geometrieën ontworpen om de synthetische bloedvaten te verstevigen. Door heel systematisch onderzoek uit te voeren kwamen we erachter dat een spiraal met een specifieke dimensie de beste versteviging geeft. De spiralen zijn onderling verbonden en zorgen voor versteviging van het buisje, zonder dat dit ten koste gaat van de flexibiliteit van het synthetische bloedvat. Hierdoor kan het buisje verbogen worden zonder dat het dichtklapt.

Daarnaast hebben we gekeken naar de officiële verbuigingstesten volgens de ISO-normen (Internationale Organisatie voor Standaardisatie richtlijnen) en de bloedvaten daarmee getest om te bepalen hoe efficiënt de ontwerpen zijn, en of ze aan alle richtlijnen voldoen. Daarnaast moeten de spiralen ook nog ver genoeg uit elkaar liggen zodat het niet voor complicaties kan zorgen tijdens het hechten aan de bloedvaten. Wil je er meer over weten? Het werk is gepubliceerd in Frontiers in Materials

Het ontwerp van het bloedvat.
Dan Jing Wu voor NEMO Kennislink

Het was een heel interessant project waarbij we heel systematisch testjes uit moesten voeren om het optimale ontwerp te vinden. Nu hebben we met deze resultaten een samenwerking lopen met het Universitair Medisch Centrum Utrecht en gaan we kijken of we deze bloedvaten verder kunnen testen met in vivo. studies. Hopelijk kunnen we zo stappen zetten richting het verbeteren van de oude shunts en hiermee de patiënten met hemodialyse een langetermijnoplossing bieden voor het aanprikken van de vaten en daarmee de kwaliteit van behandeling verbeteren!

Reageer