Geprinte kies doodt bacteriën

Materiaalwetenschapper Andreas Hermann en orthodontist Yijin Ren hebben samen met collega’s een bacteriedodende vulling voor 3D printers ontwikkeld. De eerste toepassing ligt in de tandheelkunde, maar ook andere implantaten kunnen zo gemaakt worden. De resultaten van dit onderzoek zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Functional Materials .

Toen het artikel enkele weken geleden uitkwam stak er een kleine mediastorm op. ‘New Scientist, The Guardian, de New York Post en onlangs meldde ook Al Jazeera zich’, vertelt Andreas Herrmann. De onderzoeker van het Zernike Institute for Advanced Materials werkt nauw samen met het Kolff Instituut voor biomedische technologie en materiaalwetenschappen van het UMCG. ‘De directeur van het Kolff Instituut, die ook hoofd is van de afdeling Orthodontie, vroeg of ik een bacteriedodende tandlijm kon ontwikkelen’, legt Herrmann uit.

Kinderen met een blokjesbeugel krijgen metalen blokjes op hun tanden gelijmd. Die vormen een broedplaats voor bacteriën en dat kan voor tandbederf zorgen. ‘Maar ik zag ook allerlei 3D geprinte tandheelkundige objecten in haar kamer liggen, dus ik zei: waarom stoppen we geen antibacteriële stoffen in de prints?’ Het resultaat hiervan is nu, twee en een half jaar later, gepubliceerd.

In de tandartsenpraktijk is het heel gebruikelijk om te werken met materialen die polymeriseren door UV licht. Herrmann begon met monomeren die al in gebruik zijn bij tandartsen, om daar dan quaternaire ammonium verbindingen aan toe te voegen. Deze positief geladen stoffen gaan een interactie aan met de negatief geladen celmembraan van bacteriën, waardoor een dodelijk gat ontstaat.

De onderzoekers gebruikten twee benaderingen om printbaar antimicrobieel materiaal te maken. Voor de eerste benadering mengden zij twee verschillende monomeren met een quarternaire ammonium verbinding gekoppeld aan een molecuul dat kan polymeriseren. Vervolgens gebruikten zij UV licht om het mengsel te polymeriseren. Maar de antimicrobiële stof kon er nog steeds enigszins uit het netwerk van polymeerketens weglekken.

Voor de tweede aanpak werd de antimicrobiële stof eerst gepolymeriseerd tot een lange keten. Die polymeer werd vervolgens toegevoegd aan de 3D printvloeistof en raakte tijdens het polymeriseren daarvan vast in de nieuw ontstane ketens. Bij deze aanpak lekte er bijna geen antimicrobiële stoffen uit het geprinte materiaal.

‘Voor beide manieren was het vooral lastig om de juiste mengverhouding te vinden die een goede 3D print opleverde, met minimale lekkage van de antimicrobiële stof. Je wilt niet dat die via de mond in de darmen komt en daar darmbacteriën gaat doden’, legt Herrmann uit.

Uiteindelijk wisten ze de goede verhouding te vinden. Herrmann: ‘We hebben geprinte objecten getest met speeksel. Alle componenten werden al gebruikt bij mensen, maar we moeten nog meer onderzoek doen voordat we deze antibacteriële 3D prints op de markt kunnen brengen.’ De eerste toepassingen zullen in de orthodontie zijn, waar 3D geprinte elementen al gebruikt worden. Maar op termijn zou een 3D geprinte kroon die bacteriën doodt ook mogelijk moeten zijn.

Het gebruik van antimicrobiële stoffen kan een groot probleem in de tandheelkunde oplossen. ‘Op elk kunstmatig materiaal dat in de mond wordt aangebracht kunnen bacteriën gaan groeien’, legt Herrmann uit. Alleen al in de VS zorgt dit voor miljarden aan tandheelkundige kosten. Maar de toepassing van 3D geprinte medische implantaten met antimicrobiële werking is veel breder: ‘Alle implantaten zijn gevoelig voor de vorming van bacteriële biofilms, dus het is altijd nuttig ze bacteriedodende eigenschappen te geven.’

Referentie: 3D-Printable Antimicrobial Composite Resins Jun Yue, Pei Zhao, Jennifer Y. Gerasimov, Marieke van de Lagemaat, Arjen Grotenhuis, Minie Rustema-Abbing, Henny C. van der Mei, Henk J. Busscher, Andreas Herrmann and Yijin Ren Advanced Functional Materials. First published online: 9 October 2015 DOI: 10.1002/adfm.201502384

Tekst: Science LinX