x

Artikel: Biobased biomedische materialen

Onderscheid op functionaliteiten
Brightlands Chemelot Campus
Biopolymeren, Biomedisch, Biocompatibiliteit

Research

Sourcing

Handling

Using

Projectbeschrijving

Nu zijn biobased biomedische materialen niet nieuw. Al eeuwen wordt bijvoorbeeld linnen of katoen gebruikt voor verbandmiddelen, grotendeels vanwege de absorberende eigenschappen. In dit artikel gaat het niet zozeer om de gangbare biomedische materialen, maar de 'nieuwe generatie' met de nadruk op biopolymeren die hun fossiele tegenhangers kunnen vervangen.
'Het grootste deel van biomedische materialen - materialen die in het menselijk lichaam worden ingezet bij het genezingsproces - zijn van fossiele origine', zegt Menno Knetsch, associate professor Biobased Materials aan de Universiteit van Maastricht. 'Daarnaast worden metaal-legeringen en siliconen gebruikt. Enkele voorbeelden zijn: buikmatjes van PP, catheters van PU, metalen stents of metaallegeringen voor kunstheupen.'

Patiënt voorop, duurzaamheid geen thema

Wat betreft biopolymeren en/of biocomposieten is de spoeling nog wat dun, aldus Knetsch. 'PLA is inmiddels wel ingeburgerd, bijvoorbeeld voor orthopedische implantaten (o.a. schroeven) of oplosbare hechtdraden. Doordat de afbreekbaarheid van PLA kan worden gestuurd, is het bij uitstek een materiaal dat kan worden ingezet voor tijdelijke oplossingen, zoals geneesmiddelenafgifte binnen het lichaam. In geval van de twee eerstgenoemde applicaties voorkomt het een tweede operatie om de materialen te verwijderen.'
Het laatste illustreert de belangrijkste drijfveer achter de ontwikkeling van biomedische materialen. Het gaat de medische stand niet om welke materialen worden gebruikt, maar wat de implicaties zijn voor de patiënt.
'Duurzaamheid of de CO2-footprint spelen geen enkele rol', aldus Knetsch. 'Deze materialen worden enkel en alleen beoordeeld op hun eigenschappen en rol in het behandeltraject.'

Biocompatibiliteit

Welnu, een eigenschap is de eerder genoemde afbreekbaarheid, ook al zijn er fossiele kunststoffen die afbreken, zoals PBS. Afbreekbaarheid in het menselijk lichaam is echter niet de enige pre van biomedische materialen. Knetsch noemt 'biocompatibiliteit' als een onderscheidende eigenschap die vooral in de regeneratieve geneeskunde relevant is. In deze tak van 'sport' worden cellen, weefsels en organen geregenereerd. Voorbeelden zijn onder meer bot- en kraakbeenherstel, doorlig- en brandwonden en allerlei orgaanaandoeningen. 'De materialen die hierbij worden ingezet, functioneren als hulpmiddelen voor het lichaam om het genezingsproces aan te pakken. Van belang is dat dit materiaal niet wordt afgestoten door het lichaam of complicaties veroorzaakt in omliggende weefsels. Biobased materialen hebben dan een pre: ten eerste, ze kunnen bio-afbreekbaar zijn en zijn van organische oorsprong, hetgeen de kans op complicaties vermindert.'
In de literatuur wordt ook genoemd de porositeit van biobased materialen. Deze eigenschap maakt het mogelijk om 3D-scaffolds (vrij vertaald, steigers, red.) te ontwikkelen die het aangroeien van nieuwe cellen kan faciliteren. Langzamerhand vervangen deze cellen dit kunstmatige raamwerk (dankzij de porositeit), waarna het raamwerk uiteindelijk oplost.

Ongewenste bij-effecten

Nu moet er niet licht worden gedacht over afbreekbaarheid van biopolymeren in het menselijk lichaam. Waar sommige bestanddelen in de natuur worden opgelost, zorgen ze in het lichaam mogelijk voor problemen. Knetsch noemt melkzuur, als restproduct van PLA, dat kan lijden tot weefselnecrose (afsterven van celweefsel, red.). Dit onwenselijk neveneffect is wel te vermijden door de formulering aan te passen. Hoe ook zij, van elke blend op basis van biodegradeerbare biopolymeren zal moeten worden onderzocht wat de effecten zijn op het menselijk lichaam.
Met het laatste wordt ook duidelijk dat het ontwikkeltraject van nieuwe materialen en/of materiaalcombinaties langdurig en kostbaar is. 'En dan moeten deze materialen wel aanzienlijke voordelen met zich meebrengen om het investeringsrisico voor de vaak kleinere bedrijven te rechtvaardigen. De medische stand schakelt in het algemeen ook niet snel over op nieuwe materialen of behandelmethoden. Waarom zouden zij ook als het werkt en betrouwbaar is.'

Prijs speelt geen rol

Een andere horde, prijs, is volgens Knetsch minder relevant in biomedische materialen. Veelal maken materiaalkosten maar een fractie uit van de gehele behandeling. Personeelskosten vormen de grootste kostenpost. Dus als biobased biomedische materialen de behandeling versnellen of een na-operatie (om materialen te verwijderen) voorkomen, dan zouden deze zelfs goedkoper zijn.
Hebben biobased materialen dan geen kans in de zorg? Verre van dat. Er zijn al de nodige succesnummers die ver in de pijplijn zitten. Knetsch ziet vooral kansen - zoals eerder aangegeven - in de regeneratieve geneeskunde. 'De trend is dat biomedische materialen verschillende functionaliteiten - afbreekbaarheid, biocompatibiliteit, regenererend vermogen etc. - met zich moeten gaan brengen. Biobased materialen/kunststoffen hebben het potentieel om dit 'gat' op te vullen. Ja, de ontwikkeling kost tijd, vandaar dat een initiatief als AMIBM nodig is om het broodnodige voorwerk te doen. Op deze kennisbasis kunnen vervolgens specifieke applicaties worden ontwikkeld.'

Succesnummers

Inwendige bloedingen vormen vaak een probleem dat met conventionele technieken - hechten of nieten - niet kunnen worden voorkomen. Er zijn ook tissue adhesives die de wond tijdelijk verlijmen. Fossiele producten zijn voorhanden, maar deze zijn niet altijd biocompatibel of presteren niet altijd even goed. Uit in vitro tests blijkt dat biobased adhesives op basis van dextran (polysaccharide, red.) wel voldoende hechten op droge en vochtige oppervlakken en geen toxische reacties veroorzaken. Bovendien kan de bio-afbreekbaarheid worden gestuurd, evenals de hechteigenschappen. Daarmee is het applicatiegebied van de adhesive breed, zowel voor IC-operaties als gangbare ingrepen.

Bron: Bio-Based Materials step into the operating room, Bhatia, 2012 (American Institute of Chemical Engineers).

 

Brandnetels

In het AMIBM (Aachen Maastricht Institute for Biobased Materials) is onder meer aandacht voor wondverzorging, waarbij het potentieel van de brandnetel wordt onderzocht. Brandnetels zijn niet alleen interessant door hun vezels, maar ook door bio-actieve componenten die infecties voorkomen en het genezingsproces bevorderen. Binnen het AMIBM wordt nu onderzocht in hoeverre deze bio-actieve componenten kunnen worden geëxtraheerd en gezuiverd om vervolgens in een applicatie te worden ingezet.

 

Projectdata

Betrokken Partijen: Maastricht University

De betrokken partijen staan open voor samenwerking, neem contact met ze op.

Wouter HankelLiaison Officer Biobased materials

04670221802/ wouter.hankel@maastrichtuniversity.nl