3D-printen voor medisch herstel en mensverbetering

Additive bio-manufacturing

Gezondheid

Rapport

Downloads

shutterstock_1086679850.jpg

De verwachtingen van 3D-printen in de medische sector zijn hoog. Hoe de technologie zich zal ontwikkelen is nog onzeker. Dit rapport beschrijft de stand van zaken en uitdagingen voor beleid. Het laat beleidsmakers zien wat nodig is om innovaties in 3D-bioprinten verantwoord te ondersteunen.

Het Rathenau Instituut ontwikkelde vier fictieve toekomstscenario's voor dit rapport. De onderzoeksafdeling van het Europees Parlement op het gebied van wetenschap en technologie (STOA) begeleidde het onderzoek.

3D-printen: een veelbelovende techniek 

Met een 3D-printer kunnen onderdelen met complexe vormen worden gemaakt. In dit rapport onderzochten we het 3D-printen van producten voor medische doelen of mensverbetering. Dit is een vorm van 3D-bioprinten of bio-AM (additive manufacturing). 

In de medische sector is het 3D-printen van hoortoestellen tot nu toe een van de meest succesvolle toepassingen. Volgens experts zijn tandheelkundige implantaten mogelijk de volgende brede toepassing.

In ontwikkelingslanden gebruiken maatschappelijke organisaties 3D-printers al om prothesen op maat te maken voor kinderen. Experts denken dat volledige automatisering van de productieketen haalbaar is, waardoor de productie van prothesen in de toekomst sneller en goedkoper zal worden.

Daarnaast wordt er veel geëxperimenteerd met het printen van biologische materialen. Zo krijgt het printen van organen en weefsels veel media-aandacht. Maar nu - en in de nabije toekomst - is 3D-printen van biologisch materiaal vooral een instrument om cellen en celgedrag te bestuderen, en voor de doorontwikkeling van 3D-printers. Zo wordt er bijvoorbeeld onderzoek gedaan naar het gebruik van geprint leverweefsel voor toxiciteitstests.

Wat moeten beleidsmakers hiermee? 

3D-bioprinten bestaat pas kort en er is nog weinig bekend over de gevolgen van deze technologie. Betekent het een revolutie op gezondheidsgebied, zijn er onbedoelde bijwerkingen of risico’s voor de gezondheid? En meer in het algemeen: welke factoren kunnen innovatie bevorderen of juist belemmeren?

De Europese Unie (EU) wilde weten wat zij kan doen om verantwoorde innovaties in 3D-bioprinten te ondersteunen. Die niet alleen voordelen voor het bedrijfsleven en patiënten opleveren, maar ook voor de samenleving als geheel.  

Op haar verzoek heeft een consortium van onderzoeksinstituten de stand van zaken en mogelijke ontwikkelingen geanalyseerd. Daarnaast analyseerde het de sociale, technologische, omgevings-, ethische, beleidsmatige, economische en demografische aspecten van een aantal toepassingen. De nadruk lag hierbij op de toepassingen van 3D-bioprinten voor weefsels en organen, tandheelkundige implantaten, prothesen (hulpmiddelen om ledematen te vervangen) en orthesen (hulpmiddelen om ledematen te ondersteunen). In dit onderzoek heeft het Rathenau Instituut op basis van de huidige technologie en verwachtingen van experts vier 'techno-morele vignetten' opgesteld.

Hoe ziet de toekomst eruit? 

Technologieën zoals 3D bioprinten beïnvloeden verschillende technische domeinen, wetenschappelijke velden en toepassingsgebieden. De gevolgen op elk gebied zijn nooit helemaal te overzien. Dit onderzoek probeert de kloof te dichten tussen de huidige technologie en de visionaire perspectieven en verwachtingen erover in het wetenschappelijke veld.

Hiervoor is literatuuronderzoek gedaan en patiënten en deskundigen geïnterviewd over de potentie en gevaren van 3D-printen.

Een aantal verwachtingen dat hieruit naar voren kwam: 

  • Het 3D-printen van organen – als dit in de toekomst mogelijk zou zijn - is een potentiële oplossing voor een aantal problemen op het gebied van orgaantransplantatie.
  • Wat het printen van organen en weefsels betreft, bestaat het risico dat er een hype ontstaat met te grote verwachtingen. Dit kan tot teleurstellingen leiden en gevolgen hebben voor de acceptatie van en steun voor onderzoek.
  • 3D-bioprinten kan een bijdrage leveren aan het verminderen van afval. Bijvoorbeeld door het hergebruik van materialen of het printen van voedsel.
  • De technologie kan veranderen hoe en waar producten gemaakt worden, omdat ze ter plekke kunnen worden geprint in 3D. 
  • 3D-bioprinten zou een bijdrage kunnen leveren aan het reduceren van dierexperimenten.

Vier toekomstscenario's

In dit onderzoek hebben we op basis van de huidige technologie en verwachtingen van experts vier 'techno-morele vignetten' opgesteld. Dit zijn fictieve scenario's van mogelijke toekomsten voor 3D-bioprinten. De vignetten belichten zowel mogelijkheden als gevaren voor de samenleving. Met belanghebbenden zoals burgers en patiënten zijn we hierover in gesprek gegaan om zo uitdagingen op beleidsgebied vast te stellen.

Uitdagingen voor beleid

  • Regulering
  • Eerlijke verdeling van de opbrengsten (benefits)
  • Burgerbetrokkenheid en mensgedreven innovatie. 

De uitdagingen en mogelijke oplossingen lichten we verder toe onder het tabblad 'Conclusies'. 

Welke uitdagingen zijn er voor beleidsmakers op het gebied van 3D-bioprinten? Voor dit rapport heeft een consortium van onderzoeksinstituten gesproken met experts, patiënten en Europarlementariërs.

Uitdagingen voor beleid

  1. Regelgeving. Om inconsistente, versnipperde aanpassing van de verschillende regelgevende kaders te voorkomen moet er tijdig een uitgebreid regelgevingskader worden gecreëerd. Een kader dat fundamentele kwesties over 3D-bioprinten regelt, zonder grijze gebieden. Dit is onder andere van belang voor de veiligheid van medische behandelingen voor patiënten. Daarnaast krijgen ontwikkelaars en producenten hierdoor zekerheid over wat zij moeten doen bij het introduceren van nieuwe producten.  

    Op dit moment is er een classificatieprobleem voor 3D-bioprint-producten. Omdat het materialen en processen combineert - zo kan een product bestaan uit een synthetisch onderdeel en levend materiaal (cellen) - is het niet altijd duidelijk welke regels van toepassing zijn zowel tijdens het productieproces als aan welke eisen een eindproduct moet voldoen.

    Andere belangrijke kwesties hebben betrekking op de nieuwe standaarden die nodig zijn voor het waarborgen van veiligheid zeker als het gaat om DIY (do it yourself) praktijken waar mensen buiten een professionele omgeving hiermee experimenteren.

    En er spelen kwesties op het gebied van intellectueel eigendom omdat de digitale ontwerpen eenvoudig te delen zijn en daarmee ook overal te printen.
     
  2. Eerlijke verdeling van opbrengsten (benefits). Financieringsregelingen en nieuwe wet- en regelgeving op het gebied van intellectuele eigendomsrechten/octrooien zijn van essentieel belang. Deze moeten ervoor zorgen dat de onderzoeks- en ontwikkelingsactiviteiten zich richten op het verbeteren van de volksgezondheid, door ziektes aan te pakken die een grote belasting vormen voor de maatschappij. Daarnaast moet het er voor zorgen dat ook kleinere bedrijven toegang hebben tot onderzoeksgegevens en financieringsmogelijkheden. Tot slot moet er gelijke toegang tot de eindproducten zijn voor patiënten.
     
  3. Publieksparticipatie, debat en op de burger gerichte innovatie. Dit is belangrijk voor vertrouwen in en draagvlak voor de technologie. Betere communicatie door wetenschappers aan burgers over de mogelijkheden van 3D-bioprinten kan hypes (en teleurstelling) voorkomen.

    Een breed opgezette en voor iedereen toegankelijke discussie is essentieel omdat 3D-bioprinten op verschillende terreinen een faciliterende werking kan hebben. De discussie moet gaan over de specifieke 3D-bioprinttoepassingen aan de ene kant, en de relevantie van 3D-bioprinten in een breder beleidskader voor onderzoek, innovatie en gezondheid. 

    De EU heeft al een uitgebreide aanpak voor verantwoorde innovatie ontwikkeld. Hierbij ligt de nadruk met name op inclusiviteit en co-creatie van innovatieve oplossingen samen met belanghebbenden, waaronder burgers. De Europese aanpak voor Responsible Research and Innovation (RRI) zou een goede manier kunnen om zijn 3D-bioprinten verder te ontwikkelen. Zo kunnen nieuwe coalities gevormd worden om innovatie te stimuleren. Met beleidsmakers, bedrijven, academische instellingen, andere gevestigde spelers in het innovatiesysteem en burgers die betrokken zijn bij burgerinitiatieven op innovatiegebied of die gewoon willen meepraten over de toekomst van wetenschap en technologie in de Europese samenleving.

Veelgestelde vragen

Een 3D-printer bouwt een product in laagjes op, op basis van een computertekening. Omdat dit laag voor laag gebeurt, heet het ook wel Additive Manufacturing (AM). Verschillende materialen als bouwstof worden gebruikt; van plastic tot chocola. En zelfs biologisch materiaal, zoals cellen, kunnen stuk voor stuk op elkaar worden 'geprint' in de gewenste vorm. 

Voor dit rapport over bio-AM of 3D-bioprinten, keken we naar geprinte producten die bedoeld zijn voor mensverbetering, of voor medische doeleinden. Het kan gaan om biologisch materiaal zoals cellen, maar ook om synthetische producten zoals tanden, prothesen of gehoorapparaten. 

 

Nee, compleet werkende organen rollen nog niet uit de printer. Een printer kan cellen in de vorm van een orgaan rangschikken, maar daarmee werkt het orgaan nog niet. Zonder bloedvaten gaan de cellen bijvoorbeeld dood. En binnen één orgaan zijn verschillende typen cellen nodig. Hoe zorg je dat de cellen zich aan elkaar hechten? Al die problemen zijn nog niet opgelost.Het printen van werkende organen is zo complex dat het misschien nooit werkelijkheid wordt.   

Onderzoekers verwachten dat in de nabije toekomst het 3D-printen van simpelere structuren zoals huid of kraakbeen wel tot de mogelijkheden behoort.

Op dit moment is 3D-bioprinten vooral een instrument voor het bestuderen van cellen, celgedrag en het verder ontwikkelen van de printtechnologie. Zo wordt er onderzocht of  het mogelijk is om leverweefsels te printen om toxiciteitstesten op te doen. Het printen van weefsel zou op den duur dierproeven kunnen vervangen.

We deden dit onderzoek op verzoek van het Europees Parlement. Zij wilden weten wat ze kunnen doen om medische innovaties in 3D-printen te ondersteunen. Op een manier die voordelen voor het bedrijfsleven en patiënten oplevert, én voor de samenleving als geheel. 

Innovaties in de biotech-sector leiden vaak tot vragen voor beleidsmakers. Dat geldt ook voor 3D-bioprinten. Aan de ene kant moeten beleidsmakers veiligheid van nieuwe producten kunnen garanderen. Aan de andere kant willen ze de regels niet zo ingewikkeld maken dat ze financiële en technologische drempels voor innovatie vormen.

We werkten voor dit onderzoek samen met een consortium bestaande uit onderzoekers van het Karlsruhe Institute of Technology, Institute of Technology Assessment, Danish Board of Technology (DBT Foundation) and Responsible Technology (RT). 

De onderzoeksafdeling van het Europees Parlement op het gebied van wetenschap en technologie, genaamd STOA (Science and Technology Options Assessment), begeleidde het onderzoek.

Voor dit rapport ontwikkelde het Rathenau Instituut vier fictieve toekomstscenario's (techno-moral vignettes). De meerwaarde hiervan is dat deze verhalen mensen op eenvoudige wijze meenemen in kwesties die kunnen gaan spelen. Dit kan leiden tot diepere discussie over de maatschappelijke gevolgen van deze technologie. Een scenario is geen voorspelling. Lees twee van de scenario's hier:

De scenario's zijn ontwikkeld op basis van bestaande technologieën en verwachtingen van experts. Hiermee proberen we de kloof te dichten tussen de huidige stand van zaken van bio-AM en meer visionaire perspectieven en verwachtingen die leven in het wetenschappelijke veld.  Scenario’s zijn een manier om te anticiperen op de toekomst omdat ze aanzetten tot nadenken over de lange termijn. Zo kun je mogelijke problemen voor beleid, regelgeving, en de maatschappij vroegtijdig herkennen en indien nodig maatregelen nemen.

3D-printen heeft verschillende voordelen.

  • Dankzij 3D-printen wordt het goedkoper om onderdelen te maken in hele kleine hoeveelheden, of zelfs maar één stuk. Hiermee wordt personalisatie mogelijk. In de medische sector kunnen zo bijvoorbeeld protheses eenvoudiger (en goedkoper) op maat worden gemaakt. 
  • Producten kunnen decentraal - op de plek waar ze nodig zijn - worden geprint. Bovendien zijn de digitale ontwerpen, eenvoudig te verspreiden. Een printer kan zo veel verschillende producten maken. Daardoor wordt het productieproces in de toekomst sneller en goedkoper
  • De technologie kan bijdragen aan het verminderen van afval, bijvoorbeeld door hergebruik van materialen. 

Er zijn veel verwachtingen van de technologie in de medische sector. Denk aan: 

  • Het 3D-printen van organen – als dit in de toekomst mogelijk zou zijn - is een potentiële oplossing voor een aantal problemen op het gebied van orgaantransplantatie.
  • 3D-bioprinten zou een bijdrage kunnen leveren aan het reduceren van dierexperimenten.