dr.ir. Martijn Cox, winnaar van de Simon Stevin Gezel 2010.

Technologiestichting STW

Cox: “Al na een paar maanden had ik daarvoor een concept bedacht en dat getest met een computermodel. Ik schreef een artikel daarover, en het werd prompt in het Journal of Biomechanical Engineering geplaatst. Binnen het vakgebied is dat een van de grotere tijdschriften. Dat was een mooie binnenkomer!”

Het beschreven concept bleek zo goed te zijn dat Cox er de resterende vier jaar van zijn onderzoek mee verder kon. Eerst was het zaak om het model met de werkelijkheid te vergelijken. De experimenten begonnen met een model van een rubberen hartklep. Cox: “Van dit materiaal, polymethylsiloxaan, zijn de eigenschappen goed bekend. De sterkte ervan kun je met kunststofvezels goed instellen, net als bij hartkleppen, waarvan de sterkte ook gerelateerd is aan de vezelstructuur. Heb je eenmaal de kunsthartklep, dan is het simpel een kwestie van erop duwen en meten hoever het doorbuigt.”

Duwen en meten

Het duwen en meten gebeurde met een instrument dat binnen de TU/e is ontwikkeld. Het materiaal komt daarbij in een confocale laserfluorescentiemicroscoop te liggen. Daarmee zijn driedimensionale beelden van het preparaat mogelijk, niet alleen van rubber, maar ook van levende cellen. In de computerbeelden die de microscoop oplevert, is nauwkeurig te zien hoe de hartklep verbuigt als er een bolletje van een paar millimeter diameter op de bovenkant van de hartklep tegen wordt geduwd. Cox: “Een hartklep heeft geen actieve eigenschappen. Dus als je de statische eigenschappen van zo’n vliesje meet, kun je stelselmatig alle mechanische eigenschappen ervan doormeten, zoals stijfheid, structuur en richting van de vezels.”

De gekweekte hartkleppen worden bestudeerd met een confocaal microscoop.

Technologiestichting STW

Cox verbeterde de software van de microscoop, zodat er meer beeldjes per seconde mogelijk waren, en een volledige hartklep in maar een paar minuten gescand kon worden, in een hoge beeldresolutie. Daarna vergeleek hij de meetgegevens met het computermodel. Nadat de resultaten met het PDMS goed overeenkwamen, werden dezelfde proeven uitgevoerd met hartkleppen van varkens. Cox: “Met echte hartkleppen verandert de experimentele setting aanzienlijk. Je krijgt met variaties in natuurlijke materialen te maken. De ene hartklep is de andere niet.”

Maar ook deze validering verliep voorspoedig, zodat Cox na de eerste twee jaar ook kunstmatig gekweekte hartkleppen kon testen. Cox: “Zo’n kunstmatige hartklep wordt gemaakt uit een bloedvat van de patiënt. In een kweekbakje kweken we uit het monster miljoenen cellen, die dan op een mal worden gelegd. Die mal is gemaakt van een afbreekbaar polymeer. Na een paar weken heb je dan een vliesje in de vorm van een hartklep. Daarna ben ik gaan meten, welke eigenschappen het vliesje heeft.”

Model van het hart.

Technologiestichting STW

Kunstmatig gekweekte hartcellen worden sterker door ze langdurig mechanisch te belasten. Cox: “Het gaat dan letterlijk om rekken en strekken van zo’n vliesje. In een bioreactor doe je de mechanische belasting van het lichaam na, zodat de cellen meer weefsel gaan aanmaken. Dit soort tissue engineering is een soort fitness voor cellen.”

Het lukte Cox om verbeteringen aan het trainingsschema te maken. Cox: “In het lichaam klopt het hart ongeveer 60 keer per minuut. In het lab vinden cellen dat ook fijn. Maar we hebben ook vastgesteld dat cellen rust nodig hebben. Intervaltraining is goed. Om uit te vinden wat het beste is, belast je een minuut wel, een minuut niet, en dat voer je dan langzaam op. Een uur wel en een uur geen belasting blijkt het beste.”

Meegroeiende kleppen

Cox kwam tot de conclusie, dat hij met een eigen bedrijf bepaalde stappen beter zou kunnen standaardiseren. In het laatste onderzoeksjaar richtte hij daarom samen met collega-promovendus Mirjam Rubbens (1980) het bedrijf QTIS/e op, als een spin-off van de TU/e. Dat bedrijf moet de nieuwe hartkleppen als een commercieel product naar de kliniek brengen. De doelgroep is kinderen met aangeboren hartklepafwijkingen. Die moeten nu om de paar jaar geopereerd worden, omdat bestaande kunstmatige hartkleppen niet meegroeien. De nieuwe hartkleppen groeien wel met het lichaam mee.

Martijn Cox samen met collega Mirjam Rubbens.

Technologiestichting STW

Cox: “Met zo’n bedrijf komt er van alles op je af. Mirjam en ik hebben allebei naast ons onderzoek bedrijfskundige vakken en modules gedaan. We hebben subsidies aangevraagd, mensen in dienst genomen. We begeleiden nu vooral veel klinische studies, die we in samenwerking met Europese universiteiten uitvoeren.”

iBook

Speciaal voor de iPad is een interactief iBook ontwikkeld met veel extra materiaal zoals interactieve infographics, video, tijdlijnen en nog veel meer. Als je geen iPad hebt is er ook een pdf-versie.

NEMO Kennislink

NEMO Kennislink

Voordat een levende, meegroeiende hartklep geïmplanteerd mag worden bij kind of baby, moeten nog veel stappen worden gezet. Vooral moet in dierexperimenten bewezen worden dat de methode veilig is, en dat de kunstmatige hartklep werkelijk meegroeit. Cox: “Het is niet vanzelfsprekend dat het ook een succes wordt. De regelgeving is complex, maar ik vind dit allemaal razend interessant. Het is nuttig onderzoek, en ik vind het fantastisch dat we kunnen toewerken naar een toepassing. Ik ben niet het type ondernemer dat het liefst morgen winst maakt. Ik wil graag iets maken waar mensen iets aan hebben.”

Het promotieonderzoek van Martijn Cox is gefinancierd binnen de Vernieuwingsimpuls van de Technologiestichting STW.

Meer over tissue engineering op Kennislink:

Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden//tissue-engineering/weefseltechnologie/index.atom", “max”=>"8", “detail”=>"minder"}