De wondere wereld van implantaten: een greep uit spectaculaire ontwikkelingen

Er zijn allerlei soorten implantaten. Het IGJ onderscheidt 12 categorieën (pdf) met daarin weer allerlei subcategorieën. Wij keken naar voorbeelden van spectaculaire ontwikkelingen die recentelijk het nieuws haalden.

Implantaat als vervanger van een lichaamsdeel

3D-technologie

Het idee van kunstmatig vervangen van een lichaamsdeel is niet iets van de 20 of 21^ste eeuw. De oude Egyptenaren en Maya’s vervingen bijvoorbeeld al ontbrekende tanden met behulp van hout, handgeslepen ivoor en schelpen.

Intussen zijn we al lang veel verder. Gewrichtsvervangende implantaten, zoals standaard heup-, knie- en schouderprotheses worden gemaakt van (een combinatie) van materialen als kunststof, metaal en keramiek. Protheses zijn er in verschillende soorten en maten. Daardoor is voor de meeste patiënten wel een geschikte prothese te vinden. Soms kan het echter, bij ernstig letsel of een ziekte, ook nodig zijn om een prothese op maat te maken en daar zijn nu steeds betere technieken voor.

De wereld van protheses is nog steeds volop in ontwikkeling, waarbij 3D-technologie, soms in combinatie met 3D-printen, nu een grote rol speelt. Zo is er onlangs voor het eerst een titanium onderkaak geïmplanteerd bij een hoofd-hals kankerpatiënt, waarbij de onderkaak volledig is gereconstrueerd op basis van 3D MRI & CT scans van deze patiënt.

3D-printing al dan niet met menselijke materialen

De afgelopen jaren zijn er ook grote stappen gemaakt op het gebied van het ‘kweken’ van menselijke cellen en weefsel en (3D-geprinte) implantaten met biomaterialen. De techniek van de zogenaamde ‘humanoïde bioreactor’ bestaat al een aantal jaren, maar heeft tot nu toe nog niet geleid tot een klinisch bruikbare oplossing. Een recent voorbeeld van het gebruik van biomaterialen is een 3D-geprint implantaat met lichaamseigen stamcellen. Daarmee kan bijvoorbeeld, bij groot botletsel, amputatie worden voorkomen.

Elektronisch implantaat voor het herstel of het verminderen van symptomen

Sinds de introductie van de pacemaker in 1958 is er veel veranderd in de wereld van de elektrostimulatie. De elektrische implantaten van nu lijken totaal niet meer op de eerste pacemaker van zestig jaar geleden. Waar de eerste elektrische implantaten spieren als doelwit hadden, zijn de implantaten van nu voornamelijk gericht op de zenuwen van het lichaam. Er worden steeds kleinere, veelzijdigere elektronische implantaten ontwikkelt om symptomen van bepaalde ziektes of aandoeningen te onderdrukken, te verminderen, of te herstellen. We geven wat voorbeelden:

De ziekte van Parkinson

Voor Parkinson bestaat nog altijd geen genezing, maar wel kunnen patiënten gebaat zijn bij zogenoemde diepe hersenstimulatie (DBS). Daarbij wordt met behulp van een hersenimplantaat en elektroden bepaalde gebieden in de hersenen gestimuleerd waardoor de symptomen van deze ziekte kunnen worden beperkt. De Universiteit van Oxford heeft de afgelopen jaren een nieuw implantaat voor Deep Brain Stimulation (DBS) ontwikkeld en met succes getest. Zo kon een patiënt dankzij het hersenimplantaat weer 6 kilometer onafgebroken lopen, terwijl hij voor die tijd niet verder dan een paar honderd meter kwam.

Bij voorgaande implantaten voor DBS werd een relatief grote impulsgeneratorbatterij (IGB) in de buik of onder het sleutelbeen van de patiënt geplaatst. De IGB stuurde vervolgens elektrische impulsen naar de hersenen via draden onder de huid van de patiënt. Dit alles is niet meer nodig bij dit nieuwe, veel kleinere, implantaat dat in zijn geheel op de hersenen kan worden geplaatst, hetgeen de gehele operatie een stuk eenvoudiger en minder invasief maakt.

MSA-P

MSA-P, is een ziekte waarbij cellen in de hersenen beschadigd raken en afsterven waardoor allerlei klachten, zoals trage en schokkerige bewegingen ontstaan en patiënten vaak moeite hebben om het lichaam rechtop te houden. Daarnaast tast de ziekte zenuwcellen aan die de bloeddruk reguleren, waardoor deze ineens drastisch kan dalen met flauwvallen tot gevolg.

Een implantaat in het ruggenmerg dat met elektrische stroomstootjes de zenuwcellen die de bloeddruk reguleren prikkelt heeft er voor gezorgd dat een bedlegerige patiënt nu weer kan lopen.

Totale verlamming

Recentelijk is er voor het eerst een endovasculaire hersen-computerinterface bij een mens geïmplanteerd. Het is een belangrijke klinische mijlpaal die nieuwe mogelijkheden biedt voor patiënten met verlamming.

Een stentrode wordt via de halsader geïmplanteerd in de motorische cortex van de hersenen via een minimaal invasieve endovasculaire procedure. De hersen-computerinterface is ontworpen om patiënten in staat te stellen draadloos digitale apparaten te bedienen door middel van gedachten. Met behulp van een gepatenteerde digitale taal kunnen ernstig verlamde patiënten op die manier persoonlijke apparaten bedienen met handsfree aanwijzen en klikken.

Het implantaat is ontwikkeld door het Amerikaanse Synchron, rivaal van Elon Musk’s Neuralink dat ook bezig is met de ontwikkeling van een BCI. Musk voorspelt dat het binnen 5 tot 10 jaar mogelijk is om data, zoals een vreemde taal, te downloaden naar een hersenimplantaat om bijvoorbeeld in die vreemde taal met iemand te communiceren.

Dwarslaesie

Bij dwarsleasiepatiënten zijn zenuwbanen in het ruggenmerg zodanig beschadigd dat de communicatie tussen de hersenen, spieren en organen deels of geheel is verbroken, waardoor zij aan een rolstoel zijn gekluisterd. Toch is er hoop voor dwarsleasiepatiënten. Dankzij een implantaat in het ruggenmerg kan een Nederlandse patiënt namelijk weer lopen. Het implantaat bestaat uit 16 elektroden die verbonden zijn met een neurostimulator, geplaatst in de buikholte, die kleine stroomstootjes genereert ter vervanging van de hersenprikkels die de beenspieren niet meer kunnen bereiken.

De neurosimulator staat in verbinding met sensoren in de schoenen, die doorgeven welke stroomstootjes nodig zijn om de ene voet voor de andere te zetten. Het bijzondere is dat de patiënt in kwestie, die drie jaar geleden het wereldnieuws haalde omdat hij weer met krukken kon lopen, na een tijdje ook 130 meter kon afleggen zonder elektrische stimulatie. Dit wees er op dat er, dankzij het implantaat en gedisciplineerde revalidatie-arbeid, weer nieuwe zenuwverbindingen in het ruggenmerg waren ontstaan. Naast de behandeling met neurostimulatoren om de motoriek te verbeteren, ontwikkelt het bedrijf ook versies om de arm- en handfuncties te herstellen en de bloeddruk beter te reguleren.

Evenwichtsstoornissen

Maastricht UMC+ (MUMC+) is een van de eerste ziekenhuizen ter wereld die de werking van een implantaat voor het herstel van het evenwicht nader onderzoekt en test. Deelnemende patiënten hebben zowel last van uitval van beide evenwichtsorganen, als gehoorproblemen. Uitval van de evenwichtsorganen kan leiden tot duizeligheid, onstabiliteit, onzekerheid bij bewegen en onscherp zien. Het heeft daarmee een groot impact op het dagelijks leven van patiënten. Deelnemers aan het onderzoek krijgen een gecombineerd kunstmatig gehoororgaan (cochleair implantaat (CI)) en kunstmatig evenwichtsorgaan (vestibulair implantaat (VI)) in het binnenoor geïmplanteerd door een KNO-chirurg. De implantaten bestaan uit elektroden en een ontvanger. Door het CI kunnen patiënten weer horen met het oor waarin het implantaat is geplaatst. Vervolgens wordt het VI, dat driedimensionale hoofdbewegingen omzet in elektrische zenuwstimulatie, gedurende een week getest om het implantaat in te stellen.

Nieuwe generatie draadloze actieve implantaten

Wetenschappers zijn nu bezig met de ontwikkeling van zogenaamde draadloze ‘actieve’ implantaten. Ze zijn nog kleiner en richten zich op het perifere zenuwstelsel dat door het hele lichaam signalen van gevoel en motoriek doorgeeft. Het idee is dat een arts de implantaatjes rond een zenuw moet kunnen plaatsen door middel van een injectie. Vervolgens moet hij ze kunnen programmeren voor een gepersonaliseerde lokale behandeling van de patiënt.

De apparaatjes moeten draadloos van stroom worden voorzien, kunnen communiceren en ook tientallen jaren mee kunnen gaan. Alle technologie zou zich moeten concentreren in een kleine manchet-achtige behuizing, die rond de zenuw kan worden geplaatst.

Implantaat dat een medicijn afgeeft

Implantaten die een medicijn afgeven kunnen er voor zorgen dat patiënten zich niet langer zelf hoeven te injecteren, of tabletten hoeven te slikken. Dit kan leiden tot minder bijwerkingen en er voor zorgen dat mensen ook niet per ongeluk een dosering overslaan. Enkele voorbeelden:

Multiple Sclerose (MS)

MS is een chronische neurologische aandoening die het centrale zenuwstelsel aantast en is helaas (nog) niet te genezen. Wel zijn er behandelingen mogelijk die het ziekteverloop vertragen. Het Optogenerapy consortium is bezig met het ontwikkelen van een implantaat dat de kwaliteit van leven van MS-patiënten kan verbeteren. Het implantaat kan het bestaande middel ‘interferon bèta’ (INFβ) constant afgeven in het lichaam. Dit zou de kwaliteit van leven ten goede moeten komen, kostenbesparend zijn en bovendien kan een constantere dosering voor minder bijwerkingen zorgen. Het implantaat werkt op basis van optogenetica, een technologie waarmee je met licht het gedrag van genetisch gemodificeerde cellen kan sturen.

Oogimplantaten voor diabetici

Diabetes is een chronische ziekte die onder meer kan leiden tot oogaandoeningen. Zo krijgt 20 tot 30 procent van de diabetici na 20 jaar te maken met een diabetisch macula-oedeem (DME). Bij DME vult de macula, een gebied in het midden van het netvlies, zich met vocht. De aandoening veroorzaakt wazig zicht en kan uiteindelijk leiden tot blindheid.

Bij de klassieke eerstelijnsbehandeling moeten DME-patiënten maandelijks het ziekenhuis bezoeken voor een injectie in het oog, om de gezichtsscherpte te stabiliseren of te verbeteren. Het Universitair Ziekenhuis (UZ) Brussel plaatst sinds kort een implantaat dat drie jaar op continue basis cortisone medicatie kan afgeven in de ogen van patiënten.

Met bovenstaande voorbeelden hebben we geprobeerd een indruk te geven van wat er tegenwoordig zoal met implantaten mogelijk is. Het zijn slechts enkele voorbeelden van hoe men momenteel de kwaliteit van leven van patiënten met ernstige aandoeningen met behulp van implantaten kan verbeteren. Maar ook hoe men door de miniaturisering steeds minder invasieve en tijdrovende operaties kan uitvoeren. Tezamen met de 3D-technologie en 3D-geprinte implantaten met biomaterialen is er nog veel ruimte voor toekomstige spectaculaire ontwikkelingen op dit vlak.