Elke dag sterven in België twee mensen, hopend op een orgaandonatie die er nooit kwam. De 3D-printer zou een spectaculaire oplossing kunnen zijn voor het orgaantekort – maar we moeten nog een halve eeuw geduld hebben.
De Amerikaanse arts Anthony Atala van het Wake Forest Institute for Regenerative Medicine haalt iets boven wat eruitziet als een rauwe kipfilet. Hij krijgt meteen een staande ovatie. En dat betekent wat op een TED-conferentie, de hippe lezingenreeksen waar in flitsende presentaties van maximaal 18 minuten het ene frisse idee na het andere wordt losgelaten op het publiek in de zaal en achter de computer. Atala toont dan ook geen gewoon stukje vlees. Hij toont de allereerste artificiële nier uit menselijke cellen, vers van de 3D-printer.
3D-printers bestaan al sinds de jaren tachtig, maar hebben nog niets van hun futuristische aantrekkingskracht verloren. Ze kunnen zelfs de meest complexe driedimensionale vormen in één keer printen door ze laag voor laag op te bouwen – een beetje zoals een tapijt met een ingewikkelde tekening. Het 3D-model op de computer wordt voor het printen verdeeld in flinterdunne lagen. Die laagjes worden dan boven op elkaar geprint, tot de uiteindelijke driedimensionale structuur verschijnt.
Allerlei materialen kunnen gebruikt worden als ‘inkt’: polymeren, keramiek, titanium… en sinds enkele jaren dus ook levende cellen, verwerkt tot ‘bio-inkt’. Voor bio-inkt wordt een stukje weefsel ter grootte van een halve postzegel weggenomen uit het zieke orgaan van de patiënt. Die cellen worden dan in cultuur gezet om de vele miljarden cellen te produceren die uiteindelijk in de printer worden geladen.
Te vroeg applaus?
Het is natuurlijk begrijpelijk waarom de presentatie van Atala op de TED-conferentie in 2011 op zo veel hoerageroep kon rekenen, niet alleen bij het publiek, maar ook in de media wereldwijd. 3D-printen is technologische innovatie op haar mooist. Het geeft de ontwerper de maximale vrijheid, want ook vormen die onmogelijk te maken zijn met het traditionele machinale productieproces kunnen nu zonder problemen worden geprint. Als je het kunt dromen, kun je het maken – dat lijkt wel het credo. De toepassingen van die innovatie zijn dan ook schier oneindig: van machinebouw en archeologie tot de productie van auto’s of sportschoenen.
Maar de potentiële medische toepassingen spreken misschien nog meer tot de verbeelding. Een techniek waarmee we met een druk op de knop het orgaantekort kunnen oplossen? Mooier wordt het bijna niet, en Atala verdient dan ook alle applaus. Of juichen we te vroeg?
Laten we elkaar niets wijsmaken: het orgaantekort is hiermee nog niet opgelost. Om functionele organen te kunnen printen, moeten er nog heel wat technische problemen worden opgelost. ‘Het duurt nog minstens tien jaar of langer voor we organen kunnen printen en implanteren’, zegt Atala in een e-mailinterview. Volgens Carsten Engel, 3D-printspecialist van het Belgische technologisch onderzoekscentrum Sirris, is dertig tot veertig jaar wellicht realistischer.
Wat is er dan zo complex? ‘Het is één zaak om een nier te printen, maar een andere om ze in leven te houden in het lichaam van de patiënt’, zegt Atala. De nier die hij liet zien op TED is bijvoorbeeld nog niet voorzien van bloedtoevoer en zenuwen, en kan dus nog niet worden ingeplant. Andere cellen, zoals levercellen, kunnen zelfs helemaal niet buiten het lichaam groeien.
En daar begint het pas. Ook de technologie die gebruikt wordt om het orgaan in kaart te brengen en de 3D-structuur uit te tekenen moet nog verfijnd worden. Het gaat om structuren uit miljarden en miljarden cellen, dat is een flinke brok dataverwerking. En de printer moet ook een accuraat beeld kunnen modelleren van het orgaan. Daarvoor scant een CT-scanner het zieke orgaan in het lichaam van de patiënt. Die scan wordt dan omgezet in een 3D-afbeelding waar de printer mee aan de slag kan. Alleen is het beeld is nog lang niet nauwkeurig genoeg: de CT-scanner is tot op 1 millimeter precies, terwijl de printer bouwstenen gebruikt die tien tot wel twintig keer kleiner zijn.
Orgaanprinten is bijzonder complex, maar vooral in de Verenigde Staten worden er enorme bedragen in geïnvesteerd. ‘Als wij nog maar een tiende zouden krijgen van de subsidie die in de VS voor dit soort onderzoek wordt vrijgemaakt…’, verzucht Carsten Engel. Zoals vaak bij spitstechnologie komt in de VS de grootste interesse (en de grootste brok financiering) uit de hoek van defensie. Lichaamsdelen kunnen printen zou immers het verschil kunnen maken tussen leven en dood voor gewonde Amerikaanse soldaten. Daarnaast hoopt de Amerikaanse regering ook dat de technologie een van de nijpendste problemen voor de volksgezondheid kan oplossen: het orgaantekort. Dat neemt in de VS dramatische proporties aan – elke dag sterven er achttien patiënten omdat het nieuwe orgaan niet op tijd kwam.
Beter dan ijs
Hoe staan we ervoor in België? Met de orgaandonatie gaat het alvast goed – ‘België staat echt vooraan op dit vlak’, zegt Jacques Pirenne, transplantatiechirurg en diensthoofd aan het UZ Leuven. De belangrijkste reden daarvoor is het uitstapsysteem (‘opt-out’): tenzij je expliciet geweigerd hebt, ben je volgens de wetgeving orgaandonor. Het verschil tussen landen met een uit- en een instapsysteem is enorm. Zo heeft België als wereldkoploper met 29,7 donoren per miljoen inwoners meer dan tweemaal zoveel orgaandonoren als Nederland (13,3), waar je niet automatisch donor bent.
Een andere reden is de soepele wetgeving. Zo komen niet alleen hersendode patiënten in aanmerking voor donatie, maar ook patiënten die overlijden aan een hartstilstand. Na een harstilstand stopt de bloedcirculatie, wat nefaste gevolgen heeft voor de kwaliteit van de organen. Om ethische redenen mag in Duitsland in dat geval niet worden gedoneerd. Maar in België dus wel, en sinds een paar jaar kan dankzij machineperfusie – waarmee de conditie van het menselijk lichaam wordt nagebootst – de kwaliteit van deze organen verhoogd worden ‘in plaats van ze gewoon in een doos ijs te stoppen’, legt dokter Pirenne uit.
‘Bovendien is orgaandonatie bij ons geen taboe meer’, zegt Luc Colenbie, transplantatiecoördinator van het UZ Gent. ‘Slechts in 12 procent van de gevallen wordt donatie geweigerd, dat is echt een ontzettend laag cijfer in vergelijking met andere landen.’
België doet het dus beter dan andere landen, maar dat is niet genoeg. In een klein land als het onze is het absolute aantal donororganen in de pool nog steeds bijzonder klein. Daarom is Eurotransplant zo belangrijk. Eurotransplant werkt als distributiecentrum van organen tussen zeven lidstaten, samen goed voor bijna 125 miljoen inwoners. Zo is de kans dat er een goede match wordt gevonden veel groter. En wie zich zorgen maakt dat België als koploper in orgaandonatie gereduceerd zou worden tot orgaanleverancier, kan gerust zijn. De toekenningsregels zijn zo opgesteld dat geen enkel land meer organen geeft aan de andere lidstaten dan het er terugkrijgt. Pirenne: ‘Het voordeel van zo’n uitwisselingssysteem is het grootst bij nieren, die complexer zijn om te matchen. Voor de lever zouden we in België zelfbedruipend kunnen zijn, maar soms zijn er patiënten met acuut leverfalen die binnen de 48 uur een lever nodig hebben. Dat lukt via Eurotransplant, maar de kans om een geschikte lever te vinden, zou kleiner zijn als België alleen stond.’
Geen ‘organ farm’
Het ziet er dus rooskleurig uit voor België. Of toch niet? ‘Er sterven in België gemiddeld twee mensen per dag terwijl ze wachtten op een nieuw orgaan’, vertelt Luc Colenbie. Vooral voor nieren is het tekort nijpend – elk jaar wachten ongeveer 900 mensen op een nieuwe nier.
‘Het is wachten op Godot’, vertelt een veertigjarige dialysepatiënt in het UZ Leuven, waar een machine driemaal per week vier uur lang zijn nierfunctie overneemt. De voormalige leraar lichamelijk opvoeding probeert de moed erin te houden met zijn gastcolleges als ervaringsdeskundige, maar zijn levenskwaliteit is ernstig aangetast. En dialyse neemt niet alleen veel tijd in beslag, maar brengt ook een groter risico met zich dan een niertransplantatie. ‘De mortaliteit bij patiënten in dialyse is hoger dan na transplantatie’, zegt dokter Pirenne. En ook financieel komt transplantatie beter uit de vergelijking: ‘Niertransplantatie is kosteneffectief – na een jaar is een transplantatie goedkoper dan dialyse. Dialyse is eigenlijk een hele dure therapie.’
Er wordt verwoed naar oplossingen gezocht voor het orgaantekort, zoals onderzoek naar het gebruik van dierlijke organen (xenotransplantatie), klonen, stamceltherapie en nu dus ook 3D-printen. Maar geen van die methodes kan vandaag al gebruikt worden. Luc Colenbie: ‘Toen ik nog maar pas begon, was xenotransplantatie de heilige graal.’ Ondertussen is gebleken dat organen van dieren overplanten toch ingewikkelder is dan gedacht, omdat het risico van virusoverdracht te groot is en de afstoting niet onder controle kan worden gehouden.
Ook voor Pirenne zijn xenotransplantatie, regeneratie, stamceltherapie en 3D-printen nog toekomstmuziek. ‘De research die wél een directe impact kan hebben, is onderzoeken hoe we de pool van donoren kunnen vergroten. Daarvoor kunnen we proberen om donoren die vroeger niet in aanmerking kwamen vandaag toch te gebruiken. Zo kunnen we bijvoorbeeld proberen om de functie van een fatty liver te verbeteren.’
Er zijn al experimenten uitgevoerd bij varkens waarbij het vet uit de lever gedraineerd werd, waarna de lever wel implanteerbaar werd bij dieren. Op de klinische tests bij mensen wordt het nog afwachten. Toch werken onderzoekers naar 3D-printtechnologie naarstig door. Er zijn immers ook grote nadelen verbonden aan donortransplantatie, die met nieuwe technieken mogelijk opgelost kunnen worden.
Voor de patiënt is met een donororgaan leven namelijk niet altijd een pretje. Zo moeten orgaanrecipiënten hun leven lang immunosuppressiemiddelen nemen. Die hebben niet alleen nefaste cardiovasculaire gevolgen, ze brengen ook een verhoogd risico van infecties en kanker met zich. ‘Cardiovasculaire aandoeningen, infecties en kanker zijn ook meteen de belangrijkste oorzaken van overlijden na transplantatie’, aldus Pirenne.
Als transplantatiecoördinator weet Luc Colenbie ook hoe complex de organisatie van een procedure is. Hij staat voortdurend in contact met Eurotransplant en de nationale transplantatiecentra en zorgt ervoor dat alles klaar is voor de operatie: de patiënt, de chirurg, het medisch personeel. Ook logistiek moet alles op rolletjes lopen, omdat een orgaan niet lang buiten het lichaam kan blijven. Alles bij elkaar zijn er al gauw zo’n 60 mensen betrokken bij één procedure. Die complexiteit laat zich uiter-aard ook financieel voelen: in België wordt een orgaan per taxi getransporteerd, maar uit een ander land komt er vaak een privéjet aan te pas a rato van 10.000 euro per vlucht. Pirenne: ‘In België hebben we echt wel het geluk dat bijna alles terugbetaald wordt. De patiënt betaalt misschien een paar honderd euro remgeld, maar de echte kosten van een levertransplantatie zijn gemakkelijk 40.000 à 50.000 euro voor het eerste jaar.’
Andere toepassingen
Ondanks de opwindende berichten is 3D-printen dus nog niet voor meteen. Is de technologie dan een teleurstelling? Dat nu ook weer niet: er bestaan vandaag al ontzettend interessante medische toepassingen voor. 3D-expert Carsten Engel laat er in het laboratorium van Sirris in Gosselies een paar zien. Bioafbreekbare botimplantaten met kleine gaatjes waar het bot doorheen kan groeien tot het implantaat verdwijnt en alleen het nieuwe bot overblijft, heupprothesen die perfect op maat zijn gemaakt en de patiënt dus jaren later geen last bezorgen, of opzetstukjes op maat met markeringen die aanduiden waar de chirurg moet opereren bij precisiewerk zoals een tandimplant of het wegsnijden van een tumor. Bij hoorapparaten op maat is 3D-printen vandaag zelfs de meest gebruikte productiemethode.
Een andere interessante toepassing komt van het Amerikaanse bedrijf Organovo. Vicepresident Michael Renard schrijft dat Organovo inzet op meer haalbare toepassingen, zoals orgaanprinten voor het testen van geneesmiddelen in een menselijke omgeving, zonder mensen te hoeven gebruiken als proefkonijn.
Carsten Engel: ‘Als we ooit in staat zijn om organen te printen, is dit een echte revolutie voor de geneeskunde. De wetenschapper die daarin slaagt, krijgt er in ieder geval de Nobelprijs voor. Maar daarop is het dus nog een halve eeuw wachten.
Door Helena de Groot
Allerlei materialen kunnen gebruikt worden in een 3D-printer: polymeren, keramiek, titanium… Maar ook levende cellen, verwerkt tot ‘bio-inkt’.
