Reparatie van bot: nu zonder cellen

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.

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.”

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.

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.”