Afbreekbare biomaterialen hebben enige mate van ontsteking nodig om daadwerkelijk afgebroken te worden. Maar niet teveel, want dan wordt de patiënt er ziek van. Medisch bioloog Sander van Putten onderzocht wat er precies gebeurt tijdens een ontstekingsreactie en hoe we dat kunnen beïnvloeden.
Een biomateriaal wordt vaak ontworpen met het idee dat het maar tijdelijk in het lichaam aanwezig is. Het materiaal draagt cellen die nodig zijn voor het herstel van beschadigd weefsel. Eenmaal in het lichaam doen de cellen het werk en wordt het biomateriaal langzaam afgebroken. Aan die afbraak ligt een ontstekingsreactie ten grondslag. En van die ontstekingsreactie weten we nog veel te weinig, meent van Putten.
Kort door de bocht
Tijdens zijn promotieonderzoek bekeek hij de cellulaire en moleculaire details van de ontstekingsreactie. “Ik transplanteerde een biomateriaal onder de huid van een proefdier, haalde dat er na een tijdje weer uit en keek wat er gebeurd was.”
Heel kort door de bocht werkt een ontstekingsreactie als volgt: op het moment dat een biomateriaal het lichaam binnenkomt, plakken er direct allerlei eiwitten aan vast. Die eiwitten geven het afweersysteem een seintje dat het materiaal lichaamsvreemd is. Macrofagen verzamelen zich op en rond het materiaal en beginnen met de afbraak ervan. In een later stadium fuseren sommige van die macrofagen zich tot reuzencellen. Als het biomateriaal bijna helemaal is opgeruimd, gaat een deel van de macrofagen dood. Het grootste deel trekt weg. Uiteindelijk vind je van een ontstekingsreactie helemaal niets meer terug.
Macrofagen moeten kiezen
Er zijn stofjes bekend die de ontstekingsreactie kunnen beïnvloeden. “Bijvoorbeeld het endotoxine LPS dat veel voorkomt in de celwand van bacteriën”, zegt van Putten. “Daarvan weten we dat het ontsteking stimuleert. Een ander voorbeeld is het ontstekingsremmende eiwit IL-10.” Van Putten behandelde de biomaterialen met LPS of IL-10 en keek weer wat er gebeurde.
Onder invloed van IL-10 komen er minder macrofagen naar het biomateriaal toe. Ook worden er minder reuzencellen gevormd. Reuzencellen leveren een belangrijke bijdrage aan het op gang houden van de ontsteking. Omdat dat niet lukt, slagen macrofagen er niet in om het biomateriaal af te breken.
Voeg je LPS toe aan het biomateriaal dan gebeurt, verrassend genoeg, bijna hetzelfde. Ook in dat geval ontstaan er minder reuzencellen en wordt het biomateriaal minder goed afgebroken.
Hoe kan het dat een stofje dat normaal gesproken ontsteking stimuleert toch een remmende werking heeft? Van Putten: “We denken dat dit komt doordat macrofagen bij een biomateriaal met LPS moeten kiezen wat ze gaan doen. Ze kiezen ervoor om LPS af te breken en het biomateriaal maar even met rust te laten. Ik verwacht dan ook dat de macrofagen het biomateriaal af gaan breken op het moment dat LPS is opgeruimd, maar dat hebben we nog niet bewezen.”
iBook
Speciaal voor de iPad is een interactief 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.
Helemaal niet zo zeker
IL-10 heeft een duidelijke remmende werking en daar kunnen wetenschappers mee verder. Is het mogelijk om na implantatie van een biomateriaal de ontstekingsreactie met IL-10 te remmen op het moment dat je dat zelf wilt? “Het zou kunnen”, zegt van Putten. “Maar daar staan we nog heel ver vanaf. Er is nog zoveel van de ontstekingsreactie dat we niet weten. We weten bijvoorbeeld niet waar de macrofagen vandaan komen. Oorspronkelijk werd gedacht dat macrofagen alleen ontstaan vanuit circulerende cellen in het beenmerg. Maar de afgelopen jaren is gebleken dat ze zich ook lokaal kunnen vermeerderen.
De werking van de ontstekingsreactie zoals we die nu kennen, is dus helemaal niet zo zeker en moet nog beter onderzocht worden.”