Toekomstige microchip in bot helpt bij osteoporose

Onderzoekers verbonden aan de universiteit van Arizona hebben een minuscule chip ontwikkeld die zich aan het bot van het lichaam nestelt. Dit biedt artsen de mogelijkheid om de gesteldheid van de botten realtime te monitoren. De onderzoekers publiceerden hun bevindingen in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications.

Voor wetenschappers was de ontwikkeling van de zogenaamde osseosurface electronics chip een grote uitdaging. Om irritatie aan de spieren op het bot te voorkomen, hebben de onderzoekers de sensoren van de chip van flexibel materiaal gemaakt. Bovendien hebben ze slechts de dikte van een blaadje papiertje.

Een obstakel was het natuurlijke proces van botverlies. Botten verliezen regelmatig hun buitenste laag en maken zelf een nieuwe laag aan. Net als dit bij de huid plaatsvindt. Om te voorkomen dat de chip na een paar maanden wordt afgestoten, zijn keramische calciumfosfaatdeeltjes toegevoegd. De atomische structuur van de keramische calciumfosfaatdeeltjes is vergelijkbaar met die van natuurlijke botten, waardoor de chip ongestoord aan het bot vastgroeien. Ook is paryleen toegevoegd aan het materiaal. De paryleen komt ook in de ruggengraat voor en voorkomt een natuurlijke afweerreactie.

De chip heeft ongeveer de grootte van een dollarcent. Een batterij of accu is niet nodig. De chip communiceert met een extern apparaat via een NFC (near-field communication) verbinding. Dit is dezelfde manier van communicatie als bij contactloos betalen met de smartphone in de supermarkt. Vooralsnog zijn de chips alleen succesvol getest bij dieren. De verwachting is dat de ontwikkeling en het testen bij mensen nog jaren in beslag zal nemen.

Versnelling herstelproces

Co-senior auteur van de studie is dr. David Margolis. Hij is tevens assistent-professor orthopedische chirurgie in het UArizona College of Medicine en orthopedisch chirurg in het Banner-University Medical Center in Tucson. "Als chirurg ben ik het meest enthousiast over het gebruik van metingen die zijn verzameld met osseosurface-elektronica. Daarmee kan ik mijn patiënten op een dag geïndividualiseerde orthopedische zorg bieden. Doel is om de revalidatie te versnellen en de functie na traumatisch letsel te maximaliseren," aldus Margolis.

Het is niet geheel verrassend dat er hard wordt gezocht naar manieren om de staat van de botten en het botherstel beter in kaart te brengen. Kwetsbare breuken, die verband houden met aandoeningen zoals osteoporose, veroorzaken meer ziekenhuisdagen dan bijvoorbeeld hartaanvallen, borstkanker of prostaatkanker. De data, die artsen vergaren, geeft meer inzicht in hoe snel en goed het bot geneest, waardoor klinische behandelingsbeslissingen kunnen worden genomen. Bijvoorbeeld bij het bepalen van de verwijdering van platen, staven en schroeven bij de botten. Het onderzoeksteam verwacht ook dat artsen betere beslissingen kunnen nemen bij het doseren van medicijnen. Nu nog krijgen veel patiënten medicatie voorgeschreven die het genezingsproces van het bot versnelt en de botdichtheid verbetert. Desalniettemin kunnen de geneesmiddelen bijwerkingen veroorzaken bij patiënten.

Osteoporose

Op oudere leeftijd breekt het lichaam meer bot af dan dat het aanmaakt. Wanneer dit bovengemiddeld snel verloopt dan is er sprake van osteoporose, oftewel botontkalking. Andere factoren, die een rol spelen bij osteoporose, zijn tekorten aan vitamines en calcium, te weinig lichaamsbeweging, erfelijkheid en reumatoïde artritis.

Uit schattingen van huisartsregistraties blijkt dat ongeveer een half miljoen Nederlanders last heeft van osteoporose. Meer dan vier op de vijf patiënten is vrouw. Bij osteoporose zijn de botten brozer en minder sterk. Het risico op een botbreuk neemt sterk toe. Bovendien verloopt het genezingsproces langzamer dan bij jong volwassenen.

Het realtime monitoren van botten lijkt een vooruitstrevende ontwikkeling, aangezien het aantal apps dat zich puur focust op osteoporose beperkt is. Een aantal start-ups focust zich wel op de ontwikkeling van technologieën waarmee botbreuken eerder worden vastgesteld (BoneView) of die het revalidatieproces verbeteren (Moveshelf).