Je leest:

Bot of kraakbeen maken van bouwblokken

Bot of kraakbeen maken van bouwblokken

Auteur: | 12 april 2016

Stamcellen zo sturen dat ze uiteindelijk worden wat jij wilt. Dat is de ultieme droom van celbioloog Clemens van Blitterswijk. Om dat voor elkaar te krijgen, probeert hij het gedrag van stamcellen steeds beter te begrijpen.

Grootse samenwerking om chronische ziekten aan te pakken

Op 30 maart 2017 ging het onderzoeksconsortium RegMed XB officieel van start. Vijf universiteiten, overheden, gezondheidsfondsen en bedrijven gaan tien jaar lang samenwerken op gebied van regeneratieve geneeskunde om nieuwe behandelingen te ontwikkelen voor chronische ziekten als nierfalen, diabetes en artrose. Daarvoor is nu 25 miljoen euro beschikbaar, geld dat afkomstig is van grote gezondheidsfondsen, overheden en bedrijven. Hoogleraar Clemens van Blitterswijk, bracht de partijen samen. De thema’s hierboven gaan verder in op de regeneratieve geneeskunde en haar beloften.

Celbioloog Clemens van Blitterswijk promoveerde in de jaren tachtig van de vorige eeuw op de ontwikkeling van keramische gehoorbeentjes. Inmiddels is hij hoogleraar Regeneratieve Geneeskunde aan de Universiteit Maastricht. In de afgelopen dertig jaar heeft hij een hoop onderzoek gedaan op het gebied van weefselregeneratie: het maken van natuurlijke weefsels om kapotte onderdelen in het lichaam te kunnen vervangen.

“Binnen mijn onderzoeksgroep is nu het kleinste gehoorbeentje, de stijgbeugel, gemaakt van kraakbeen”, vertelt van Blitterswijk enthousiast. “In het oor is zo’n gehoorbeentje van bot gemaakt; dat kunnen we helaas nog niet. Maar ik zie dit wel als een proof of concept. We kunnen op een makkelijke manier een grote hoeveelheid gehoorbeentjes maken en dat zal weinig kosten. Want dat is wel één van de uitdagingen van de regeneratieve geneeskunde: we kunnen van alles maken, maar als het onbetaalbaar is heeft natuurlijk niemand daar iets aan.”

Nirm gehoorbeentje van kraakbeen
In het lab van Van Blitterswijk werd de stijgbeugel, één van de gehoorbeentjes, gemaakt van kraakbeen. De stijgbeugel is normaal van bot, dus dit gekweekte exemplaar is niet functioneel. Maar het laat wel zien dat je relatief makkelijk veel gehoorbeentjes kunt maken.
Erik Vrij

Topochip

De stijgbeugel van kraakbeen is een praktisch voorbeeld, waar heel wat onderzoek aan vooraf is gegaan. De stijgbeugel werd gemaakt door stamcellen – cellen die nog van alles kunnen worden – zo te prikkelen dat ze uiteindelijk kraakbeencellen worden.

Stamcellen groeien op verschillende oppervlakten, maar niet op elk oppervlak op dezelfde manier. De vorm en structuur van zo’n oppervlak bepalen hoe een stamcel zich gedraagt en tot welk type cel hij uiteindelijk uitgroeit. Om de relatie tussen het oppervlak en het gedrag van cellen te kunnen onderzoeken ontwikkelden van Blitterswijk en zijn team de ‘Topochip’, een chip met ruim tweeduizend verschillende oppervlaktestructuren.

Op de chip worden stamcellen gezaaid, die zich vervolgens hechten aan één van de structuren. Cellen lijken de structuur waar ze op zitten te ‘lezen’, net zoals blinden braille kunnen lezen. Stamcellen specialiseren zich, afhankelijk van de structuur, in een bepaalde richting. Op het ene oppervlak worden ze bijvoorbeeld spiercellen, op het andere oppervlak botcellen.

De werking van de Topochip.

De structuren op de chip zijn combinaties van drie basisvormen: een cirkel, een rechthoek en een driehoek. De Topochip bevat ruim tweeduizend structuren, maar er zijn in totaal 158 miljoen combinaties mogelijk. Al die combinaties zijn opgeslagen in een bibliotheek. Stel dat structuren met een cirkel heel geschikt zijn om stamcellen te laten omvormen tot botcellen. Dan kunnen de onderzoekers een nieuwe chip maken met allerlei verwante cirkelstructuren om te achterhalen welk oppervlak het beste stimuleert.

Bouwblokken

Richtte de Topochip zich nog op individuele cellen, inmiddels heeft van Blitterswijk ook een systeem ontwikkeld om miniorgaantjes te kunnen kweken op verschillende structuren. “In het laboratorium wordt veel gebruik gemaakt van 96-wells platen”, vertelt hij. “Daarmee kun 96 condities in één keer testen. Wat wij gedaan hebben, is de bodem van elk van die vakjes bedekken met 580 kleine micro-kweekbakjes. Op een hele plaat kun je dan 50.000 micro-orgaantjes kweken.”

Boven op de microkweekbakjes bevindt zich een laagje gel waar stamcellen op gezaaid worden. Van Blitterswijk: “Op die gel kunnen de cellen niet hechten, dus zakken ze door de gel naar beneden, in het kweekbakje. Daar gaan de cellen samenklonteren en vormen ze uiteindelijk een bolletje dat ongeveer een tiende millimeter groot is. Die bolletjes kunnen we oogsten en bij elkaar brengen in een grotere mal. Wat je dan krijgt is een puzzelstuk van ongeveer één millimeter groot. Zo’n puzzelstuk kan gebruikt worden als bouwblok, op weg naar weefselvervanging.”

Nirm kraakbeencellen gezaaid in microbakjes
Kraakbeencellen in een microkweekbakje. De cellen klonteren samen en vormen zo uiteindelijk de bouwblokjes voor micro-orgaantjes.
Erik Vrij

Gedrag voorspellen

Door verschillende celtypen bij elkaar in een kweekbakje te brengen, wordt het mogelijk om complexe weefsels te maken. Bijvoorbeeld een stukje bot of kraakbeen met bloedvaten. Tijdens het NIRM-project is zo’n gekweekt bouwblokje onderhuids geïmplanteerd bij muizen. Bij deze dieren vormt zich vervolgens bot, op een plaats waar normaal gesproken geen bot voorkomt.

Volgens van Blitterswijk beginnen we nu pas te begrijpen hoe stamcellen werken. “We zien nu hoe stamcellen reageren. Als we de mini-orgaantjes bijvoorbeeld in de vorm van een driehoek kweken, zien we in de punten hoge concentraties bloedvaatjes. Waarom? Omdat daar een hoge concentratie van de groeifactor VEGF is, en dat is nodig voor bloedvatvorming. Maar waarom is die hoge concentratie groeifactor juist daar? Dat soort mechanismen hopen we de komende vijf jaar te gaan ontrafelen. En pas daarna kunnen we het gedrag van een stamcel ook echt voorspellen.”

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 12 april 2016

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.