Synthetisch botvervangend materiaal is mooi spul, maar het is minder sterk dan ‘echt’ bot. Zeker voor grotere botdefecten zou je iets aan de beperkingen van het materiaal willen doen en zou je het beter willen laten vergroeien met het lichaamseigen bot. Toevoeging van bijvoorbeeld koolstofnanobuisjes, nanodeeltjes van koolstof, zou een oplossing kunnen zijn.
Dat was de hypothese die promovenda Meike van der Zande, medisch bioloog, heeft onderzocht. “Op grond van wetenschappelijke literatuur over koolstofnanobuisjes leek dat een goede veronderstelling.” Maar nanomateriaal inbrengen in het menselijk lichaam, dat doe je niet zomaar. Dus deed Van der Zande ook onderzoek naar mogelijk schadelijke effecten van nanodeeltjes op cellen en weefsels. Waarbij het nog een hele kunst bleek om die nanodeeltjes überhaupt te kunnen detecteren wanneer ze vrijkomen uit het botvervangend materiaal.
Ik zie, ik zie wat jij niet ziet
Dat de koolstofnanobuisjes vrijkomen, was bekend: dat moest ook de vergroeiing met het omliggende weefsel bewerkstelligen. Maar waar blijven ze? “Nanodeeltjes zijn zó klein, die zie je niet met conventionele technieken als bijvoorbeeld lichtmicroscopie. Dus hebben we samen met een Amerikaanse onderzoeksgroep van Rice University een methode ontwikkeld om de koolstofnanobuisjes te labelen met een contrastmiddel, gadolinium, waardoor we ze nu wél kunnen zien, met behulp van MRI.”
In in vitro-tests (buiten het lichaam) bleken cellen goed te reageren op de gelabelde nanodeeltjes: ze gingen niet dood. Van der Zande begon dan ook vol vertrouwen aan de in vivo-tests, in ratten. “Daar zagen we na drie weken een verhoging van het contrastmiddel in het weefsel rondom het botvervangende materiaal: dat duidde erop dat de koolstofnanobuisjes vrijkwamen. In andere organen zagen we geen contrastverhoging, dus het leek erop dat ze niet ophoopten in het lichaam. Maar ik moet een slag om de arm houden, want er moet een minimum hoeveelheid gelabelde koolstofnanobuisjes zijn om ze te kunnen zien. Ook als je ze niet ziet, kunnen ze er toch zijn – in heel geringe omvang.”
Mogelijk nadelig effect
Maar deden de nanodeeltjes nu ook wat er van hen verwacht werd: stimuleerden ze de botvorming? Van der Zande liet botvoorlopercellen (cellen die nog kunnen uitgroeien tot verschillende soorten cellen, bijvoorbeeld botvormende cellen) groeien op synthetisch materiaal met en zonder koolstofnanobuisjes. Wat bleek: nanodeeltjes hebben geen effect op de groeisnelheid en mogelijk een negatief effect op de differentiatie van de cellen. “Die laatste bevinding was niet significant, maar als de toevoeging van koolstofnanobuisjes geen voordelig en mogelijk een nadelig effect heeft op de uitgroei van botvoorlopercellen tot botcellen, kunnen we het niet aanbevelen.”
Het nieuws werd nog wat slechter, want Van der Zande zag ook genen tot expressie komen die gerelateerd kunnen worden aan kanker. “Dat wil nog niet zeggen dat je dús kanker zou krijgen van dit materiaal. Maar nee, gunstig is het niet.” In de zoektocht naar betere botvervangers lijken koolstofnanobuisjes geen toekomst te hebben, constateert Van der Zande. "Dat wil niet zeggen dat je alle nanomaterialen af moet schrijven. Hoe die zich gedragen, hangt erg af van de samenstelling en zelfs de vorm van het materiaal. Nanohydroxyapatiet bijvoorbeeld, dat wordt ook onderzocht door Nijmeegse collega’s, daar zijn de verwachtingen alweer een stuk positiever over.’
Een onderdeel van Van der Zandes proefschrift is een uitgebreid literatuuronderzoek naar alles wat tot op heden bekend is over de mogelijk nadelige effecten van koolstofnanobuisjes in in vivo-modellen. Het onderzoek, dat vorige maand verscheen in het tijdschrift Tissue Engineering Part B, is al diverse keren opgevraagd. “Mijn onderzoek heeft misschien niet opgeleverd wat we er van tevoren van gehoopt hadden, maar je ziet: ook tegenvallende resultaten zijn van belang.”
Meike van der Zande (Delft, 1980) studeerde Technische Microbiologie aan het Hoger Laboratorium Onderwijs in Venlo en Medische Biologie aan de Radboud Universiteit Nijmegen. Ze verrichtte haar promotieonderzoek op de afdeling Biomaterialen van het UMC St Radboud, binnen het onderzoeksinstituut Nijmegen Centre for Molecular Life Sciences. Ze combineerde haar promotietraject met een opleiding vrije kunst aan de ArtEZ Hogeschool voor de Kunsten. Ze is momenteel werkzaam als postdoc bij het RIKILT – Instituut voor Voedselveiligheid, verbonden aan de Wageningen Universiteit. Daar doet ze onderzoek naar de toxiciteit van nanomaterialen gerelateerd aan voedsel.
Lees meer over koolstofnanobuisjes op Kennislink:
Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/nanobuisjes/koolstofnanobuis/index.atom", “max”=>"5", “detail”=>"minder"}