Samenvatting van de sessie van de Young Cardiologists’ op vrijdag 29 januari 2016

3D printing ‘Toy or tool?’

Prof. Werner Budts, KUL, begon zijn voordracht met een situering en historisch overzicht over hoe onze beeldvorming van cardiovasculaire structuren geëvolueerd is de laatste decennia. De hoogtechnologische evolutie in de beeldvorming heeft geleid tot een beter begrip en inzicht. Dagelijks werken we met technieken zoals coronaire angiografie, CT,MRI en echocardiografie die geëvolueerd zijn van een twee- (2D) naar een driedimensionale (3D) beeldvorming. Hierdoor zijn we in staat om structuren beter in hun totaliteit te evalueren in relatie met hun omgeving. Hierbij werden voorbeelden aangehaald zoals de volledige visualisatie van de insertieplaats van de vasculaire steel van een atriaal myxoom, en de realtime begeleiding van een atriumseptumdefectsluiting met een closure-device. Postprocessing van de 3D-datasets geeft bijkomende info en het direct meten van volumes (bv. ejectiefractie) is mogelijk zonder geometrische assumpties te moeten maken.

Een grote tekortkoming blijft evenwel dat deze 3 D-informatie nog altijd weergegeven wordt op een vlak 2D-scherm en met een 3D-printer bestaat de mogelijkheid om deze beelden als het ware uit het schermte halen en letterlijk in onze handen te nemen. Dit heeft onmiddellijk al enkele mogelijke nieuwe klinische implicaties. Een 3D-printvoorbeeld van een coarctatio aortae werd getoond, waarbij in vitro de hemodynamische eigenschappen gemeten kunnen worden (drukgradiënten) en het effect van een dilatatie ex vivo nagebootst kan worden, vooraleer de eigenlijke procedure bij de patiënt verricht wordt. Ook zou theoretisch de radiale kracht getest kunnen worden die nodig zou zijn om een optimale stentexpansie te verkrijgen. Voor dit laatste is er momenteel volop onderzoek lopende, waarbij de mechanische en elastische eigenschappen van het printmodel vergeleken worden met echte weefsels. Een ander voorbeeld kan zijn voor het testen van de positie en maat van percutane hartkleppen in een aorta met abnormale morfologie of coronaire anomalieën.¹ Tot slot toonde prof. Budts voorbeelden van een 3D-print van een hart met een ventrikelseptumdefect,² en een hart met een abnormale en moeilijke pulmonale vasculatuur (bv. pulmonalisvenestenose) die de chirurg kunnen helpen om een optimale heelkundige strategie uit te werken. Belangrijk is om een onderscheid te maken tussen de kleinere ‘thuisprinter’- modellen en de echt commercieel beschikbare industriële printers. Deze laatste zijn niet alleen veel duurder, maar bieden meer mogelijkheden wat de resolutie en het materiaal waarmee geprint kan worden betreft. Eerst moeten telkens 3D-datasets verkregen worden via CT, MRI of zelfs echocardiografie. Deze datasets worden dan door een specifieke software geanalyseerd zodat ze vervolgens ruimtelijk afgedrukt kunnen worden. Meestal worden hiervoor plastic polymeren gebruikt. Deze bestaan uit zowel harde als zachte materialen waarbij de eigenlijke print (zachte plastic) afgedrukt wordt tegen een tegelijkertijd uitgeprinte harde steuncomponent. Een belangrijke applicatie in de toekomst zal de ‘bioprinting’ zijn waarbij het mogelijk wordt om biologisch materiaal op een cellular niveau af te drukken.³ Hierbij is het zelfs mogelijk geworden om verschillende celtypen in een vooraf bestaande matrix te printen zoals endotheelcellen, myofibroblasten en dergelijke.⁴ Hiertoe worden speciaal ontwikkelde printers gebruikt met een soort van inkjet- of lasersysteem. Wanneer groeifactoren en media worden toegevoegd, overleven 40 tot 90 % van deze cellen de print-out. Op deze manier kunnen zelfs verschillende celtypen gecombineerd worden tot de afdruk van weefsels en zelfs organen. Prof. Budts haalt nog een preklinische studie aan waarbij hartkleppen gemaakt werden met afdrukken van verschillende biologische en synthetische materialen.⁵ Dit heeft belangrijke implicaties voor de toekomst waarbij nieuwe organen op de exacte maat van de patiënt gemaakt zouden kunnen worden.

We kunnen dus concluderen dat 3D-printing een snelle explosieve evolutie doormaakt en dat dit meer is geworden dan alleen een harde plastieken afdruk van een orgaan aangezien biologische afdrukken nu ook tot de mogelijkheden behoren en de deur openen naar een nieuwe wereld van orgaanfabricatie.

Genetics in cardiology: what can we expect?

Dr. Pieter Koopman, elektrofysioloog en cardiogeneticus, verbonden aan het Jessa Ziekenhuis te Hasselt en de Universiteit van Maastricht gaf een mooie audiovisuele voordracht over de toekomstverwachtingen in de cardiogenetica. De cardiogenetica heeft een bijzonder snelle evolutie gekend de laatste decennia. De mendeliaanse overerving is ondertussen geëvolueerd tot een complexe genetica waarbij meerdere genen verantwoordelijk kunnen zijn voor hetzelfde klinische fenotype en omgekeerd. We moeten dus verder gaan dan alleen maar kijken naar de kliniek, en dieper graven en proberen te ontdekken welke genetische afwijkingen aan de basis van een bepaald klinisch fenotype kunnen liggen. Hierbij is het niet alleen belangrijk om de patiënt zelf, maar ook de volledige familie in kaart te brengen door een volledige stamboomonderzoek. Enkele voorbeelden werden aangehaald zoals hoe eenzelfde SCN5Amutatie zowel kan leiden tot het lang QTc-syndroom als tot het brugadasyndroom. Bepaalde genetische afwijkingen kunnen momenteel al behandeld worden zoals enzymvervangende therapie bij de ziekte van Fabry. De klinische implicaties kunnen dan wel groot zijn wat de diagnose en de behandeling betreft, maar tot recent was de voornaamste beperking de traagheid van de analyses alsook het bijbehorende kostenplaatje. De evolutie van de monogenetica naar de complexe systeemgenetica is alleen mogelijk geworden dankzij de hiermee gepaard gaande technologische evolutie. Momenteel is het zelfs mogelijk geworden om een volledig humaan genoom te analyseren aan de fractie van de tijd en de kostprijs. Hierbij komen natuurlijk ook ethische vragen over hoe we met deze informatie om moeten gaan. Tot slot eindigde dr. Koopman zijn voordracht met een vooruitzicht over de gentherapie die nu meer en meer op grootschalig niveau mogelijk zou kunnen worden dankzij de de CRISPR-techniek. Dit mechanisme laat toe om het DNA op het even welke plaats te knippen in een levende cel en nieuwe gezonde fragmenten te incorporeren.

Langetermijnresultaten van voorkamerfibrillatie- (VKF) ablatie in 1 000 patiënten

In de laatste voordracht stelde dr. Yves De Greef, ZNA Middelheim, Antwerpen, zijn studie voor over de langetermijnresultaten van pulmonalevene-isolatie in zijn centrum. Het doel van deze studie was om na te gaan welke klinische en aan de procedure gerelateerde parameters het resultaat van VKF-ablatie bepalen. Er werden 1 000 patiënten geïncludeerd tussen de periode van 2004 tot 2014. Een succesvolle ablatie werd gedefinieerd als de afwezigheid van voorkamerfibrillatie (bepaald via symptomen of elektrocardiogram) tijdens de follow-up. De mediane duur van VKF in de studie bedroeg 36 maanden en er werden gemiddeld twee anti-aritmische medicijnen per patiënt gebruikt voor de procedure. De overgrote meerderheid had paroxysmale VKF (95 %). Verschillende ablatietechnieken werden gebruikt, gaande van punt-voor-puntablatie, circumferentiële radiofrequentie-katheterablatie, HDMA-mesh- en het cryoballonsysteem. Na één enkele ablatie waren 51,7%van de patiënten vrij van VKF en het grootste succes werd verkregen het eerste jaar na de ablatie (70%) (figuur 1). Het viel op dat herval kon optreden tijdens elk moment van de follow-up en zelfs na 5 jaar, wat belangrijke implicaties heeft voor het behoud van orale anticoagulatie bij hoogrisicopatiënten. Belangrijk te vermelden is dat 4,7 % van de patiënten de antiaritmica verder namen, wat de interpretatie van het effect van de ablatie zelf uiteraard bemoeilijkt. Wanneer alle patiënten geanalyseerd werden, ook diegenen met meerdere ablaties, vonden ze dat 83 % vrij bleef van VKF na een gemiddelde van 1,5 ablaties (figuur 2). Deze resultaten komen dan ook overeen met de in de literatuur reeds beschikbare data. Met uitzondering van het HDMA-Mesh-systeem (is al van de markt gehaald), waren alle technieken gelijkwaardig in efficiëntie. Tot slot, de parameters die leidden tot een meer succesvolle ablatie waren een kleine linkervoorkamerdiameter, paroxysmale VKF, en een korte tijd tussen eerste diagnose en ablatie. De resultaten van de studie suggereren dat VKF best zo vroeg mogelijk aangepakt wordt in het verloop van de ziekte, met agressieve behandeling van de risicofactoren (o.a. hypertensie) en dat er niet met ablatie gewacht mag worden totdat de voorkamerremodelling te uitgesproken wordt en de kans op succes vermindert.

Referenties

1. Schmauss, D., Schmitz, C., Bigdeli, A.K. et al. Threedimensional printing ofmodels for preoperative planning and simulation of transcatheter valve replacement. Ann Thor Surg, 2012, 93, e31-33.
2. Olivieri, L.J., Krieger, A., Loke, Y.H. et al. Three-dimensional printing of intracardiac defects from threedimensional echocardiographic images: feasibility and relative accuracy. J Am Soc Echocard, 2015, 28, 392-397.
3. Zhang, X., Zhang, Y. Tissue Engineering Applications of Three-Dimensional Bioprinting. Cell BiochemBiophys, 2015, [Epub ahead of print].
4. Gaetani, R., Doevendans, P.A.,Metz, C.H. et al. Cardiac tissue engineering using tissue printing technology and human cardiac progenitor cells. Biomaterials, 2012, 33, 1782-1790.
5. Lueders, C., Jastram, B., Hetzer, R. et al. Rapid manufacturing techniques for the tissue engineering of human heart valves. Eur J Cardio-thor Surg, 2014, 46, 593-601.