Je leest:

Reparatie van bot: nu zonder cellen

Reparatie van bot: nu zonder cellen

Auteur: | 20 mei 2014

Groot gat in het bot? Artsen dichten deze vaak met stukjes bot uit de heup van de patiënt. Maar die operatie levert maar beperkt bot op en is erg pijnlijk. Onderzoek richt zich op een alternatieve reparatiewijze: geïmplanteerde materialen die de aanmaak van bot aanzwengelen.

Tumoren kunnen gaten achterlaten in het bot te groot om vanzelf dicht te groeien.
Chang Yang

Een miljoen. Dat is jaarlijks naar schatting het aantal operaties, wereldwijd, waarbij sprake is van botimplantaten. Bij ruim een tiende daarvan gaat het om botvervangende materialen. Bij forse botbreuken zijn transplantaties met patiënteigen bot nu nog de gouden standaard. Maar je eigen botdonor zijn is verre van ideaal. Er is immers een extra, pijnlijke ingreep nodig om het bot te verkrijgen, meestal van het bekken of een rib. Bovendien is de hoeveelheid bruikbaar bot beperkt.

Wetenschappers zoeken daarom naar botvervangers. Favoriet was lange tijd een botvervangend materiaal dat op het patiënteigen bot lijkt, met levende cellen. Synthetische materialen zonder levende cellen beschouwde men als inferieur. Tegenwoordig zijn celvrije materialen, die in het lichaam botvorming aanmoedigen, de trend. Lees mee over de moderne botvervangers die Nederlandse materiaalspecialisten maken om het fundament van ons lichaam te repareren.

Met cement kunnen gaten in de kaak dichtgemetseld worden.
Top Silos Constructions

Cement voor in de kaak

In het Radboudumc werken onderzoekers aan vloeibaar synthetisch bot gemaakt van calciumfosfaat. Dit mineraal is erg geschikt als botvervanger omdat botten voor ongeveer 80% uit calciumfosfaat bestaan. Gemengd met een vloeistof ontstaat een soort cement dat kan uitharden. Na verloop van tijd breekt het cement vanzelf weer af. Dat gaat sneller als het speciale kunststof bolletjes bevat: het uitgeharde calciumfosfaat kan dan beter weer oplossen.

Hoe het cement voor botaanmaak zorgt, nadat er gaten in het bot mee zijn opgevuld, is nog niet helemaal duidelijk. “Eén van de theorieën is dat het ingespoten cement stamcellen aantrekt, die zich aan het materiaal hechten en daar tot nieuw botweefsel uitgroeien”, zegt tandarts John Jansen van het Radboudumc. “Een andere theorie is dat onderdelen uit het materiaal, zoals calcium, oplossen en botherstel bewerkstelligen.”

In proefdieren werd de injecteerbare botvervanger de afgelopen jaren met succes toegepast in het kaakbot. Nu is het de beurt aan patiënten: de eerste klinische test is onlangs gestart. “We voeren nu in Nijmegen een studie uit in samenwerking met een Amerikaans onderzoeksconsortium", zegt Jansen. “Die richt zich op het ontwikkelen van nieuwe behandelingen voor gewonde soldaten.”

Hier een still uit een animatie over de bioprinter. Het implantaat heeft de vorm van het gat in de knie en bevat zowel bot als kraakbeen.
UMC Utrecht

Geprint implantaat

Implantaten voor bot en kraakbeen, geprint met een bioprinter. Daar experimenteren onderzoekers van het UMC Utrecht mee. De printer werkt met een waterige gel waaraan ze levende cellen kunnen toevoegen. Het geprinte implantaat is bijvoorbeeld in een botbreuk te plaatsen. “Het voordeel van een uitgeprint implantaat is dat de cellen in de gel een driedimensionale organisatie krijgen”, zegt biomedicus Wouter Dhert van het UMC Utrecht. “Op die manier wordt de structuur van echt bot nagebootst en groeit het implantaat in het lichaam makkelijk uit tot nieuw weefsel.”

Bioprinten is een nieuwe benadering in de regeneratieve geneeskunde waarvoor specifieke, nieuwe kennis nodig is. Kennis over de materialen (welke zijn goed printbaar, welke zijn geschikt zijn voor plaatsing in het lichaam) en kennis van het technische printproces. Het kost tijd die kennis te vergaren, dus patiënten moeten nog even wachten op een geprint implantaat.

De gel waaraan onderzoekers DNA toevoegen.
UMC Utrecht/Jacqueline Alblas

DNA-gel

In het UMC Utrecht experimenteert de groep van Jacqueline Alblas met een gel waaraan stamcellen en een klein stukje DNA zijn toegevoegd. Dit DNA bevat de code voor een eiwit dat stamcellen aanmoedigt om botcel te worden.

Het werkt zo: de gel wordt aangebracht op de plaats van het botdefect. Zowel de stamcellen in de gel als die in het lichaam nemen daar het DNA. Als gevolg daarvan maken cellen op de plaats van de botbreuk het eiwit aan dat hen helpt uit te groeien tot botcellen. Muizen maakten op deze manier minstens evenveel bot aan als bij directe toediening van het eiwit, wat in het verleden ernstige bijwerkingen gaf in patiënten. De volgende stap is om de gel uit te proberen in grotere proefdieren, zoals geiten.

“Tegelijkertijd ontwikkelen we een strategie om richting de kliniek te aan”, zegt Alblas. “Daarbij gaat het om controlestudies voor de veiligheid en voor het bepalen van de dosis.” Ook moeten de onderzoekers nog een houder of drager maken om de gel in te doen. “Zeker in een gewichtdragend bot is zo’n extra hulpmiddel wel nodig. De gel heeft van zichzelf namelijk geen stevigheid.”

Korreltjes calciumfosfaat dekken gaten in het bot af.
Progentix/Joost de Bruijn

Korreltjes keramiek

Kleine korreltjes keramiek gebaseerd op calciumfosfaat waarmee je gaten in het bot als het ware kunt afdekken. Daaruit bestaat de synthetische botvervanger die het bedrijf Xpand Biotechnology (voorheen Progentix) de afgelopen jaren ontwikkelde. “De korreltjes instrueren stamcellen in het lichaam om uit te groeien tot botweefsel”, zegt Joost de Bruijn, mede-uitvinder van het materiaal. Het geheim zit in de oppervlaktestructuur van de korreltjes. Stamcellen voelen zich er door aangetrokken en passen hun gedrag er op aan. Zo worden ze botcel. Na verloop van tijd lossen de korreltjes op en blijft nieuw botweefsel over.

iBook

Speciaal voor de iPad is een interactief iBook ontwikkeld met veel extra materiaal zoals interactieve infographics, video, tijdlijnen en nog veel meer.

NEMO Kennislink

Kaakpatiënten waren de eersten om de botvormende korrels te testen. Inmiddels is het materiaal voorzien van een CE-merk (de Europese markering voor veiligheid) en wordt het ook al toegepast voor de behandeling van kapotte ruggenwervels. Op de Universiteit Twente zijn onderzoekers nog bezig uit te zoeken hoe het materiaal precies werkt. Pamela Habibovic is één van hen. “We weten nog weinig over de communicatie tussen het materiaal en de cellen”, zegt Habibovic.

“We willen weten welke eigenschappen van de materialen belangrijk zijn om stamcellen tot bot te laten uitgroeien. En ook welke signalen vanuit de cel erbij betrokken zijn. Dat is een stukje puur fundamenteel onderzoek. Als we eenmaal tot in detail snappen hoe een materiaal werkt, dan kunnen we aan de tekentafel gaan zitten om het materiaal opnieuw te ontwerpen. Zodat het product nog beter wordt.”

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink, en hoort bij het thema Ziekten genezen op Biotechnologie.nl.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 20 mei 2014

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.