Een kinderleven gered met een 3D printer – het verhaal van Kaiba Gionfriddo

Door Edwin Bruinooge gepubliceerd in Weird Science

Wetenschappelijke vernieuwingen krijgen vaak toepassingen buiten het onmiddellijke vakgebied. Lees hier hoe een kinderleven werd gered. Met een 3D printer.


Help, mijn kind haalt geen adem!


En hij liep blauw aan

Het moet wel een van de grootste nachtmerries zijn voor ouders. Je kind, dat vlak voor je ogen lijkt dood te gaan. Zijn huidje wordt langzaam blauw, zijn oogjes tranen en puilen uit en hij maakt rochelende geluidjes. Speeksel druipt van zijn kinnetje. Je voelt je volledig machteloos. Heel normaal om dan in volledige paniek te raken, hoewel er misschien een stemmetje achter in je hoofd roept dat je juist nu kalm moet blijven. Reddend handelen. Weet je wat je moet doen? Kán je ook ingrijpen, of is het volledig onduidelijk wat er aan de hand is?

89b694e73c91ec0f77d8ec1b5d37bde3.jpg

Kaiba Gionfriddo

Het gebeurde een paar jaar geleden in de Verenigde Staten. De familie Gionfriddo uit Youngstown, Ohio, was met hun zoontje Kaiba, net zes weken oud, in een restaurant. Ineens zagen ze dat hun kind blauw aan liep. Zijn vader Bryan deed pogingen om hem te reanimeren, de ambulance arriveerde en het jongetje werd snel overgebracht naar het ziekenhuis. Daar constateerden de artsen dat het jongetje leed aan een levensbedreigende vorm van tracheobronchomalacie.


Wat is tracheobronchomalacie?

Wij ademen lucht in en uit. Lucht verplaatst zich door de luchtpijp. Aan het eind splitst deze zich in een linker- en rechterbronchus. Binnen in de longen vertakt de bronchus zich in steeds meer en steeds kleinere pijpjes. Deze pijpjes monden uiteindelijk uit in kleine longtrechtertjes, waarvan de wand uitgestulpt is tot kleine zogenaamde alveolenzakjes. En de wand van een alveolenzakje bestaat weer uit een tiental blaasjes, de longblaasjes, die grenzen aan hele fijne haarvaatjes, adertjes die een stuk dunner zijn dan een haar. Zuurstof passeert de dunne wanden van het longblaasje en het haarvaatje het bloed in; kooldioxide gaat juist de andere kant op, om vervolgens uitgeademd te worden.

76209928f396ac7086467e62bdf9c92d.jpg

Bij tracheobronchomalacie is de luchtpijp of een van de twee (of allebei) bronchiën slecht ontwikkeld, waardoor het regelmatig dichtklapt, wat dus de longfunctie ernstig ontregelt. Normaal zijn de luchtpijp en de bronchiën stevige en flexibele buizen, verstevigd met kraakbeen. Tracheobronchomalacie is een zeldzame afwijking, bij ongeveer 1 op de 2200 zuigelingen. En als het bij pasgeborenen voorkomt, blijkt dat de meesten na 2-3 jaar zelf herstellen; hun lichamen hebben die tijd nodig om het defect te repareren. Maar er zijn ook ernstige gevallen; deze kinderen sterven meestal snel. Dit was bij Kaiba aan de hand. Een van zijn bronchiën was onderontwikkeld. De bronchus was niet rigide genoeg, te weinig kraakbeen, zodat het regelmatig dichtklapte. Na het incident in het restaurant gebeurde dit dagelijks. Zodanig dat hij toen hij twee maanden oud was, aan een beademingsmachine moest. De dokters van het Akron Children’s Hospital vreesden dat hij het ziekenhuis niet levend zou verlaten en probeerden de ouders hierop voor te bereiden. Voor de ouders stortte uiteraard hun leven in. Hopen en bidden was het enige wat ze konden doen. Totdat een van de artsen, Marc Nelson, een idee kreeg.

63756b1eebd44a278a03caf02c7ea860_medium.

Scott Hollister en Glenn Green


Revolutionair werk van de Universiteit van Michigan

Dr. Nelson wist dat er aan de Universiteit van Michigan baanbrekend werk werd gedaan met biologisch afbreekbaar plastic, onder meer als vervanging van bot en kraakbeen. De artsen namen contact op met Dr. Glenn Green en legden het verhaal van Kaiba voor. Dr. Green werkt in het C.S. Mott Children’s Hospital van de universiteit van Michigan en heeft als specialiteit “Pediatric otolaryngology”. In het Nederlands zou hij waarschijnlijk pediatrisch KNO-arts zijn. Green op zijn beurt nam contact op met een collega aan dezelfde universiteit, Scott Hollister, professor en biomedisch ingenieur. Ze namen een CT-scan van Kaiba’s longen en kwamen tot de conclusie dat hij het beste geholpen kon worden met een totaal revolutionaire werkwijze, nog nooit eerder uitgevoerd.

68250e2f51a90bbdfd960bd59fa94cd0_medium.

De probleemstelling

Kaiba’s linkerbronchus kon op zichzelf niet functioneren; het had een soort steuntje nodig. Een steuntje dat er voor zorgde dat het kind gewoon kon ademhalen, terwijl zijn eigen lichaam de defecte bronchus ging herstellen.
Bij volwassenen, meestal na een operatie vanwege keelkanker, wordt vaak een luchtpijp of bronchus getransplanteerd van een donor. In een ander geval, bij een tweejarig kind, geboren zonder luchtpijp, werd een luchtpijp ontwikkeld uit de eigen stamcellen. Beide mogelijkheden waren hier niet van toepassing. Green en Hollister realiseerden zich dat ze Kaiba’s steuntje zelf op maat moesten gaan maken. Dit was volkomen nieuw. Het moest aan een aantal voorwaarden voldoen:

  • het moet aan te brengen zijn aan de buitenkant van de defecte bronchus;
  • het moet naadloos passen;
  • het moet op eenvoudige wijze aan de bronchus bevestigd worden;
  • het moet kunnen meegroeien, dus flexibel zijn;
  • het moet gemaakt worden van biologisch afbreekbaar plastic;
  • het materiaal moet onschadelijk zijn voor het menselijk lichaam;
  • tegen de tijd dat de bronchus genezen is, moet het hulpstuk afgebroken zijn.

Scott Hollister stelde voor om een biologisch afbreekbare polyester te gebruiken, polycaprolacton, een materiaal dat ook gebruikt wordt als afbreekbaar hechtmateriaal. Polycaprolacton is stevig genoeg en ook flexibel genoeg om dienst te blijven doen als Kaiba verder groeit.

0212878482f16b940dabf77f116e3c61_medium.

De uitvoering

Allereerst maakten ze een computermodel van het hulpstukje. Het werd een buisje, met kleine gaatjes, zodat het makkelijk aan de bronchus kon worden gehecht. In de breedterichting had het opstaande ringen, zodat het voldoende stevigheid bood. Het was geen geheel gesloten buis. In de lengterichting zat een spleet. Als Kaiba groeide en zijn bronchus breder werd, zou het hulpstuk mee kunnen rekken. Vervolgens printten ze met een lasergestuurde 3D printer het hulpstukje dat ze wilden gebruiken bij Kaiba. Er stond nog slechts één obstakel in de weg: officiële toestemming.

75ee52400893a7baca1e59ba9ab8ecee_medium.

Voor een dergelijke revolutionaire ingreep is het noodzakelijk om officieel toestemming te hebben van de FDA, de federale Food and Drug Administration. Hiervoor bestaan noodprocedures. Toestemming krijg je niet zomaar. Je zult als arts écht moet aantonen dat dit de énige mogelijkheid is, dat je alles zorgvuldig hebt overwogen en alle mogelijke risico’s goed hebt ingeschat.
De toestemming werd verleend en op 9 februari 2012, toen Kaiba een maand of drie oud was, werd het polycaprolacton buisje om zijn defecte linkerbronchus gehecht. Onmiddellijk opende het zich op de juiste manier en begonnen zijn longen normaal te functioneren. Het buisje dient nu als een soort skelet, ondersteuning voor de zich langzaam herstellende bronchus, die door die ondersteuning uiteindelijk ook de juiste vorm zal aannemen. Na twintig dagen kon Kaiba definitief van de beademing af. Nu, meer dan een jaar later, heeft hij in al die maanden geen enkele complicatie meer gehad en groeit op als een vrolijk kereltje.

30bf89c8995eb4cc25f327322f0ea079_medium.

Reflectie van de behandelaars

Na dit succes is de Universiteit van Michigan verder gegaan met het ontwikkelen van deze techniek, ook voor andere aandoeningen. Voor Dr. Green voelde het in elk geval aan als een overwinning. Hij zei: “Severe tracheobronchomalacia has been a condition that has bothered me for years. I’ve seen children die from it. To see this device work, it’s a major accomplishment and offers hope for these children.”
Scott Hollister is als ingenieur normaal niet direct betrokken bij levensreddende handelingen. Maar nu wel. Dit is wat hij er over wilde zeggen: “Kaiba’s case is definitely the highlight of my career so far. To actually build something that a surgeon can use to save a person’s life? It’s a tremendous feeling.”

8b4449ff637be211b3f9c1f5d69183cb_medium.

Mijn reflectie

Wie de geschiedenis van wetenschappelijke ontwikkelingen bekijkt, ziet regelmatig dat een revolutionaire ontwikkeling in het ene vakgebied binnen de kortste keren leidt tot compleet nieuwe toepassingen in andere vakgebieden. Omdat onoplosbare problemen ineens aan te pakken zijn. Gingen de ontwikkelingen in de 20e Eeuw snel, in de 21e Eeuw verwacht ik een nog hoger tempo.
Komt het er ooit van? Een werkend hart of een werkende nier uitprinten? Dat lijkt me voorlopig nog pure Science Fiction. Wat ik vrijwel zeker weet, de nieuwe toepassingen komen vanuit individuen met een concreet probleem. Een probleem dat ze noopt om even slim buiten de geijkte paden te treden, "out of the box" te denken en met hun oplossing nieuwe paden te ontsluiten. In dit concrete geval heeft het een jong kinderleven gered.  

a6b8e88e5da1db8cb011d606aaac535b_medium.


 

20/11/2015 10:59

Reacties (2) 

1
20/11/2015 13:19
Geweldig goed artikel. Graag gelezen.
21/11/2015 17:02
Dit was mijn eerste poging om over medische ontwikkelingen te schrijven. Ga ik vaker doen; het is me wel bevallen.
Copyright © Tallsay.com. Alle rechten voorbehouden.
Door gebruik te maken van deze website geef je aan dat je onze Algemene voorwaarden en ons Privacy statement accepteert