De strijd tegen borstkanker – hoe 3D-printen helpt

Borstkanker is een van de meest voorkomende vormen van kanker wereldwijd. Volgens het World Cancer Research Fund werden er in 2022 bijna 2,3 miljoen nieuwe gevallen van borstkanker bij vrouwen vastgesteld, waarvan meer dan 74.000 in Duitsland. In datzelfde jaar overleden wereldwijd meer dan 666.000 vrouwen aantoonbaar aan de gevolgen van borstkanker.

Hierdoor is borstkanker de op drie na dodelijkste vorm van kanker, na hepatocellulair carcinoom (leverkanker), colorectaal carcinoom (darmkanker) en bronchiaal carcinoom (longkanker). Wat veel mensen niet weten, is dat ook mannen borstkanker kunnen krijgen. Hoewel het percentage mannen met borstkanker minder dan 1% bedraagt in vergelijking met vrouwen, is het sterftecijfer volgens een studie uit de Verenigde Staten meer dan 19% hoger dan bij vrouwen – vooral omdat de diagnose bij mannen vaak te laat wordt gesteld.

Het belang van borstkankerscreening kan niet genoeg worden benadrukt als het gaat om het voorkomen van fatale ziekteverlopen. Borstkanker wordt beschouwd als een van de beter behandelbare vormen van kanker, wat wordt ondersteund door een vijfjaarsoverlevingspercentage van ongeveer 90% bij in een vroeg stadium ontdekte gevallen. Meer informatie over borstkankerscreening vindt u hier.

Zoals bij alle vormen van kanker is tijd een cruciale factor bij borstkanker. Een snelle diagnose en behandeling zijn essentieel om de overlevingskansen te vergroten.

In deze blogpost bespreken we hoe 3D-printtechnologie medische centra, artsen en chirurgen kan ondersteunen bij het versnellen van de borstkankerdiagnose en het verbeteren van de behandeling.

Opleiding en bijscholing

Opleiding en bijscholing spelen een essentiële rol bij het opsporen van borstkanker. Hoe geavanceerd de technologieën voor het detecteren van mammacarcinomen ook worden, zonder een goed opgeleide arts die deze toepast of vroege waarschuwingssignalen herkent, zijn deze niet doeltreffend.

Een van de meest gebruikte methoden voor het detecteren van borstkanker is de kernnaaldbiopsie. Bij deze minimaal invasieve diagnostische procedure wordt een biopsienaald onder beeldvorming, bijvoorbeeld echografie, in het borstweefsel ingebracht om een cilindrisch monster van het verdachte weefsel te nemen, dat vervolgens klinisch wordt geanalyseerd.

Deze methode is aanzienlijk minder invasief dan een klassieke chirurgische biopsie, maar vereist een zeer hoge mate van precisie. Voor fysieke oefening worden vaak universele borstmodellen van siliconen, gelatine of latex gebruikt, die meestal met verschillende giettechnieken worden vervaardigd.

Deze traditionele modellen brengen echter enkele uitdagingen met zich mee. Enerzijds zijn ze relatief duur; afhankelijk van de complexiteit kosten realistische borstmodellen tussen de 500 en 2.000 euro per stuk. Anderzijds biedt de uniformiteit van de modellen minder praktijkervaring, aangezien elke borst en elke tumor in werkelijkheid unieke eigenschappen heeft.

3D-printen ondersteunt medische hogescholen en universiteiten bij het snel en kostenefficiënt produceren van diverse borstmodellen. Hierdoor kunnen zowel aankomende als ervaren chirurgen uitgebreid oefenen met zelfs zeldzamere klinische gevallen.

Maar hoe zit het met de precisie, de zonder twijfel belangrijkste factor bij de kernnaaldbiopsie, die uiteraard ook tijdens de training van groot belang is? De Creighton University in Omaha, Nebraska, heeft de multimateriaalcapaciteiten van het Stratasys® Digital Anatomy-platform benut om borstmodellen voor kernnaaldbiopsietraining te produceren en was meer dan enthousiast over de resultaten.

Samen met een radioloog gespecialiseerd in mammadiagnostiek ontdekten ze dat het 3D-geprinte model zelfs een hogere precisie bood dan traditionele siliconenmodellen. De radioloog merkte op dat bij vooraf vervaardigde siliconenmodellen de naald zich bij de eerste penetratie onnatuurlijk terugtrok, wat bij het 3D-geprinte model niet gebeurde. Bovendien lag de biopsieholte in het additief vervaardigde model dichter bij de realiteit dan bij de siliconenmodellen.

Een andere studie uit 2020 richtte zich specifiek op de anatomische nauwkeurigheid van 3D-geprinte modellen in vergelijking met gelatine-modellen. Ook op dit vlak leverden de 3D-geprinte modellen uitstekende resultaten op, hoewel er aanvankelijk enkele uitdagingen waren bij echografische onderzoeken. De Creighton University ondervond in het begin soortgelijke problemen, maar wist deze te overwinnen door enkele aanpassingen aan het echografieapparaat, waardoor de 3D-geprinte modellen uiteindelijk volledig bruikbaar werden.

Al met al stelt 3D-printen medische onderwijs- en opleidingsinstellingen in staat om anatomisch nauwkeurigere, kosteneffectievere en meer gepersonaliseerde borstmodellen te produceren. Hierdoor kan de training van cruciale onderzoeken, met name de kernnaaldbiopsie, realistischer worden uitgevoerd.

Preoperatieve Planning

Sobald bij een patiënt borstkanker wordt vastgesteld, moet er snel gehandeld worden. Om vergroting of zelfs metastase te voorkomen, is een chirurgische ingreep, die in de meeste gevallen nodig is om de tumor volledig te verwijderen, zo snel mogelijk vereist.

Dit korte tijdsbestek wordt nog dringender doordat de behandeling van borstkanker een multidisciplinaire samenwerking vereist tussen verschillende vakgebieden zoals chirurgie, oncologie, pathologie en radiologie.

Desondanks is een uitgebreide preoperatieve planning essentieel, ongeacht of het gaat om borstsparende chirurgie of een mastectomie. Gebrekkige voorbereiding kan niet alleen tot complicaties tijdens de operatie leiden, maar ook daarna, bijvoorbeeld wanneer positieve resectieranden (snijranden met tumorcellen) niet volledig zijn verwijderd.

Traditioneel wordt de preoperatieve planning uitgevoerd op basis van 2D-mammografie- of digitale 3D-MRI-beelden. Hoe hoog de resolutie van deze beelden ook is, ze kunnen nooit in dezelfde mate de anatomische relaties tussen de tumor, de bovenliggende huid, de melkklieren, het vetweefsel, de tepel en de grote borstspier (musculus pectoralis major) weergeven als een echt 3D-object dat zou kunnen.

Om chirurgen te ondersteunen bij de preoperatieve planning, kunnen de via MRI verkregen 3D-bestanden worden omgezet in een geschikt formaat en vervolgens met een 3D-printer worden omgezet in een fysiek 3D-model. Daarbij kunnen kritieke structuren, zoals bloedvaten of lymfeklieren, worden gemarkeerd om een precieze operatiestrategie te ontwikkelen en de invasiviteit van de ingreep te minimaliseren.

Daarnaast kunnen deze modellen bijdragen aan de communicatie tussen arts en patiënt. Met behulp van het model kunnen chirurgen hun patiënten gedetailleerd uitleggen hoe de operatie zal verlopen en hoe ze ervoor zorgen dat deze veilig wordt uitgevoerd. Dit geeft patiënten niet alleen een beter begrip van hun behandeling, maar vergroot ook hun gevoel van zekerheid.

Tot slot kunnen deze modellen ook worden gebruikt voor operatiesimulaties. Door gebruik te maken van realistische materialen, zoals de DAP-materialen van Stratasys®, kan de chirurg de operatie op het 3D-geprinte model oefenen en daarbij een realistisch tactiel gevoel ervaren.

Voor de preoperatieve planning vormt 3D-printen met zijn mogelijkheden een revolutionaire vooruitgang. Dankzij het realisme dat inmiddels met 3D-printen kan worden bereikt, krijgen alle betrokkenen een beter inzicht in de operatie en de behandeling van borstkanker.

Intraoperatieve Markeringen

Maar niet alleen vóór een operatie is 3D-printen een ideaal middel om het werk van chirurgen te vergemakkelijken – ook tijdens de operatie kan 3D-printen aanzienlijk ondersteunen.

Bij een borstkankeroperatie worden meestal vooraf gemaakte 2D-beelden gebruikt voor een nauwkeurige lokalisatie. Vaak worden ook draden of clips gebruikt om de tumor tijdens de operatie in de borst te markeren. Deze methode voor intraoperatieve lokalisatie leidt echter in 20 tot 30 procent van de gevallen tot positieve snijranden, wat resulteert in vervolgoperaties of zelfs een recidief.

3D-printen biedt de mogelijkheid om op basis van beeldvorming gegenereerde 3D-gegevens individuele en nauwkeurige chirurgische sjablonen te vervaardigen. In het geval van borstkankeroperaties maken deze sjablonen een precieze markering van de tumor mogelijk, bijvoorbeeld door middel van een injectie met blauwe kleurstof.

Een studie uit 2017 heeft het succes van dergelijke 3D-geprinte sjablonen bevestigd. De 3D-geprinte sjabloon werd geëvalueerd bij 19 vrouwen met voelbare borstkanker en kon 18 tumoren nauwkeurig lokaliseren. Daarbij lagen alle 68 injecties met de blauwe kleurstof buiten de tumorranden.

Sinds 2020 wordt een verdere studie uitgevoerd met meer dan 400 proefpersonen om 3D-geprinte sjablonen voor tumormarkering te onderzoeken. De resultaten van deze studie worden echter pas in april van dit jaar verwacht. Met een succespercentage van bijna 95% in de eerste studie kunnen we echter met veel belangstelling uitkijken naar de uitkomsten.

Dankzij de mogelijkheid om markeringen tijdens de borstoperatie nauwkeuriger te plaatsen, zou 3D-printen in de toekomst kunnen bijdragen aan het verminderen van positieve snijranden en daarmee recidiverende kanker. Dit zou honderdduizenden vrouwen wereldwijd kunnen helpen om de ziekte volledig achter zich te laten.

borstreconstructie

Na een mastectomie is borstreconstructie een belangrijke laatste stap om patiënten de weg terug naar hun oude leven te bieden. Studies, zoals deze Australische studie uit 2016, tonen aan dat vrouwen met een borstreconstructie na een mastectomie een betere psychosociale aanpassing en een hogere levenskwaliteit hebben dan vrouwen zonder borstreconstructie.

De meest voorkomende methode voor borstreconstructie is de implantaatgebaseerde borstreconstructie. De autologe borstreconstructie, waarbij de borst wordt gereconstrueerd met lichaamseigen weefselflappen, heeft zich echter ontwikkeld tot een betere optie. Dit komt onder andere door de natuurlijke uitstraling van de gereconstrueerde borst en een nog hogere levenskwaliteit in vergelijking met implantaatgebaseerde reconstructies, zoals deze Duitse studie uit 2022 heeft onderzocht.

Bij autologe borstreconstructie zijn er verschillende lichaamsdelen waaruit weefsel kan worden gehaald. Een veelgebruikte methode is de DIEP-flap (Deep Inferior Epigastric artery Perforator), een ellipsvormige vetlap uit de onderbuik, die een grote hoeveelheid en omvang van weefsel oplevert.

Het succes van deze reconstructie hangt intrinsiek samen met de identificatie en voorbereiding van geschikte bloedvaten. Omdat de bloedvaten in de DIEP-flap vaak een complex verloop hebben door de rechte buikspier (Musculus rectus abdominis), is de intramusculaire dissectie tijdrovend. Traditionele 2D-methoden voor het in kaart brengen van de vaatstructuur in de buik, zoals computertomografie-angiografie (CTA), tonen vaak alleen de locatie van de perforatoren, zonder het ingewikkelde intramusculaire verloop van de bloedvaten duidelijk weer te geven.

Door de mogelijkheid om deze 2D-modellen om te zetten in realistische 3D-objecten, krijgen chirurgen nieuwe mogelijkheden om de bloedvaten nauwkeurig in beeld te brengen. Al in 2019 werd een combinatie van CTA-scans, "DICOM to print"-software en de Stratasys® PolyJet™-technologie, met zijn multi-color capaciteiten, door meerdere medische universiteiten gebruikt om modellen te maken die het verloop van de bloedvaten door de Musculus rectus abdominis gedetailleerd en goed herkenbaar weergeven.

Naast de gedetailleerde weergave was vooral de indrukwekkende printsnelheid opvallend. Nadat de CTA-scan was uitgevoerd, had het 3D- en kwantitatieve imaging-team slechts 48 tot 72 uur nodig om van het 2D-beeld een realistisch 3D-model te maken en te printen.

3D-printen biedt daarmee de mogelijkheid om autologe borstreconstructies aanzienlijk veiliger te maken. Door een nauwkeurigere weergave van de intramusculaire bloedvaten kunnen chirurgen de weefselverwijdering beter plannen, wat de succeskans van deze borstreconstructies verhoogt.

Bioprinten

Hoewel alle tot nu toe besproken mogelijkheden van 3D-printen in de strijd tegen borstkanker al vandaag de dag mogelijk zijn, biedt het laatste deel een kleine blik op een mogelijke toekomst.

Bioprinten, oftewel het driedimensionaal printen van biologisch weefsel uit levende cellen, wordt sinds de jaren 2000 actief onderzocht. Vooral in de jaren 2010 zijn er aanzienlijke vooruitgangen geboekt op dit gebied – van 3D-geprinte huid- en kraakbeenstructuren tot mini-organen voor het testen van nieuwe medicijnen.

Deze technologie, die bijna sciencefiction lijkt, zou in de toekomst ook een grote rol kunnen spelen in de behandeling van borstkanker – met name bij borstreconstructies. In plaats van een eenvoudig implantaat of getransplanteerd eigen weefsel zou bioprinten kunnen worden gebruikt om implantaten te maken van het natuurlijke borstweefsel van de vrouw zelf.

Hoewel dit scenario nog ver weg lijkt, worden er al tal van studies uitgevoerd naar het bioprinten van borstweefsel. Denk bijvoorbeeld aan een lopende studie sinds 2023 of een onderzoek uit 2018 dat zich specifiek richtte op de reconstructie van het tepelhofcomplex met behulp van 3D-printen.

Of bioprinten de geneeskunde fundamenteel zal veranderen, kan alleen de toekomst uitwijzen. De voortdurende vooruitgang en onderzoeksresultaten bieden echter veelbelovende perspectieven. Zodra er nieuwe ontwikkelingen op dit gebied zijn, vindt u op deze blog ongetwijfeld de nieuwste updates.

Conclusie

3D-printing biedt een breed scala aan uitzonderlijke mogelijkheden in de strijd tegen borstkanker, zelfs perioperatief. Of het nu gaat om opleiding en training, preoperatieve planning, intraoperatieve markeringen of borstreconstructie, de vooruitgang in medische 3D-printing stelt zorgprofessionals wereldwijd in staat om de zorg voor patiënten te verbeteren.

Door de voortdurende ontwikkeling van 3D-printing ontstaan er steeds nieuwe mogelijkheden om de patiëntenzorg verder te verbeteren. Het blijft spannend om te zien welke vooruitgangen de toekomst zal brengen en hoe deze technologie kan bijdragen aan een effectievere bestrijding van borstkanker.

Bedankt voor uw aandacht, en tot de volgende blogpost!