Nieuws Ivoor plastic of nanodeeltjes als biomateriaal in je lichaam
17 mei 2022

Al eeuwenlang gebruiken mensen allerlei materialen voor herstel van botten of het gebit, zoals goud, ivoor en plastic. ‘Veel meer dan vroeger ontwikkelen we nu materialen vanuit biologische kennis van het lichaam’, zegt hoogleraar Sander Leeuwenburgh. ‘Inmiddels kunnen we zelfs via heel kleine deeltjes gericht medicijnen toedienen, zoals antibiotica.’

Gaatjes in tanden bestaan al heel lang. Het oudste bewijs van een gaatje in een kies en een poging tot behandeling daarvan, is 14.000 jaar oud. Een kies die gevonden is in een grot in Noord-Italië, toont sporen van iemand die met een scherpe steen heeft geprobeerd om het rotte deel van de tand weg te schrapen. Ook het vullen van gaatjes gaat heel ver terug in de geschiedenis. De allereerste vulling is gevonden in een 6.500 jaar oud fossiel kaakbot in een grot in Slovenië. Daarin was een beschadigde hoektand opgevuld met bijenwas. Dat is dus het oudst bekende lapmiddel in de tandheelkunde.

Kunstgebit met paardentanden

‘Het gebruik van materialen voor het opvullen van gebitselementen of bot gaat duizenden jaren terug en is van alle culturen’, vertelt Sander Leeuwenburgh, hoogleraar Regeneratieve Biomaterialen. ‘De Egyptenaren, Chinezen en Inca’s waren bijvoorbeeld heel actief en probeerden alles uit wat voorhanden was: ivoor, bamboe, goud, lood. Omdat deze materialen biologisch weefsel vervangen, noemen we ze tegenwoordig biomaterialen. Het gebruik ging niet altijd goed, zo is lood bijvoorbeeld te giftig.’

Het oudst bekende kunstgebit stamt uit de Renaissance. Het bestaat uit vijf tanden afkomstig van verschillende mensen. De tanden zaten aan elkaar vast met metalen draadjes. Een paar eeuwen later was George Washington een beroemde drager van een hele collectie aan kunstgebitten. Toen hij in 1789 president van de Verenigde Staten werd, had hij maar één eigen tand. Zijn kunstgebitten bestonden uit tanden van mensen en dieren zoals paarden, bijeengehouden door brons en goud.

Boost

De Tweede Wereldoorlog gaf een boost aan de ontwikkeling van nieuwe hoogwaardige materialen, waaronder kunststoffen zoals plastic. Die materialen werden in eerste instantie ontwikkeld om bijvoorbeeld lichtgewicht parachutes te maken. Maar ze bleken, vaak per toeval, ook heel geschikt als biomateriaal in het menselijk lichaam. Sander: ‘Zo is plastic met succes gebruikt voor reparatie van botten of bloedvaten. Deze kunststoffen waren goedkoop, licht, sterk en gingen lang mee. Ze vonden ook hun weg naar de tandheelkunde, want kunstgebitten worden nog steeds van kunststoffen gemaakt.’

Na de oorlog ging de ontwikkeling van materialen verder. Zo testten onderzoekers verschillende soorten metaal, keramiek en kunststoffen, allemaal met hun eigen voor- en nadelen. Maar wat zijn de nieuwste ontwikkelingen? Wat zijn de biomaterialen van de toekomst? Sander: ‘Die zijn veel meer dan de huidige materialen ontworpen op basis van kennis van de biologie en het functioneren van het menselijk lichaam.’

Van vulmiddel naar hulpmiddel

‘Tegenwoordig ontwikkelen we vaak materialen die uit meerdere componenten bestaan, net als bot zelf’, legt Sander uit. ‘Deze ingrediënten lijken qua samenstelling op de bestanddelen van bot, dat is opgebouwd uit een mix van harde en zachte nanodeeltjes. Deze deeltjes, nog kleiner dan een bacterie, bieden het grote voordeel dat je ze kunt laden met biologisch actieve stoffen, die bijvoorbeeld botherstel bevorderen en botziektes bestrijden.’

Het biomateriaal dient dan niet alleen als vulmiddel, maar ook als hulpmiddel voor heel lokale toediening van medicijnen. Zo kan toevoeging van antibiotica aan biomaterialen infecties rondom implantaten behandelen. Biomaterialen kunnen ook medicijnen tegen kanker afgeven, zodat tumorcellen die na verwijdering van tumoren zijn achtergebleven alsnog sterven. En stoffen die groei bevorderen (zogeheten groeifactoren), stimuleren de aangroei van het omringende gezonde bot.

Net als in de ballenbak

Toekomstige biomaterialen bestaan niet alleen uit verschillende soorten deeltjes, maar kunnen ook veel flexibeler en zachter zijn. Sander: ‘Onderzoekers dachten lang dat biomaterialen per se hard moeten zijn, net zoals bot. Maar door die hardheid bij de huidige generatie biomaterialen, breekt het vaak te snel. Bovendien ontstaat bot vanuit een zachte voorloperfase. Dus dat imiteren we nu meer, bijvoorbeeld door biomaterialen volledig uit nanodeeltjes op te bouwen.’

‘Je kunt deze nieuwe biomaterialen vergelijken met een ballenbak’, licht Sander toe. ’De ballen bewegen langs elkaar en daardoor kan het materiaal vrij gemakkelijk vervormen. Als een kind door de ballen kruipt, gaan die aan de kant. Zo kunnen cellen hopelijk ook tussen nanodeeltjes doorkruipen.’

Stuiterbal

Die cellen kunnen uit het gezonde omliggende bot komen en door het materiaal heen groeien, zodat ze het biomateriaal op den duur vervangen. Het lichaam breekt het biomateriaal dan langzaam af. Ook kunnen stamcellen aan het materiaal worden toegevoegd, die uitgroeien tot nieuw bot en de verbinding zoeken met het eigen weefsel. Zo zetten de moderne biomaterialen het eigen lichaam veel meer aan het werk.

De materialen met nanodeeltjes kunnen op verschillende manieren worden gemaakt en ingezet. Sander: ‘We maken van de verschillende ingrediënten een pasta, die we bijvoorbeeld kunnen injecteren in een gat. Maar we bouwen ook materialen in een specifieke vorm op met een 3D-printer. En soms is materiaal kneedbaar, of zelfs elastisch als een stuiterbal. De gekozen vorm hangt af van de toepassing.’

Tot slot zijn moderne materialen voor opvulling van bot vaak biologisch afbreekbaar. ‘We willen graag dat het lichaam zo veel mogelijk zelf het materiaal gaat vervangen. Daarbij is het belangrijk dat we letten op het evenwicht tussen biologische afbraaksnelheid van het materiaal en het herstel van het lichaam. Als dat in balans is, levert dat uiteindelijk een duurzame oplossing die levenslang meegaat.’
 

Dit artikel verscheen eerder in Radbode #3 2022.

Meer informatie


Annemarie Eek

wetenschapsvoorlichter

+31 611091018
send an email

Meer nieuws

  • Medewerkers
  • Intranet