Tissue engineering is een tak van wetenschap met een hoge mate van interdisciplinariteit. Dat betekent dat er mensen met veel verschillende achtergronden in dit veld bezig zijn. Zo heb je mensen met bijvoorbeeld een biologische, chemische of technologische achtergrond, maar ook artsen en tandartsen zijn in de tissue engineering vertegenwoordigd. Al deze mensen zijn nodig om de cellen en materialen zo te combineren dat ze een goed weefsel gaan vormen dat ook nog eens op een makkelijke manier in het ziekenhuis gebruikt kan worden.
Deze interdisciplinariteit komt zelfs in de battle een beetje naar voren. Zo werkt het team van Wageningen Universiteit aan een onderwerp waar ook tissue engineers in geïnteresseerd zijn. Bepaalde insecten zoals de zijderups, maar ook spinnen, maken namelijk materialen die voor tissue engineering goede eigenschappen bezitten. Spinrag is een materiaal met goede mechanische eigenschappen. Het is een erg sterk, maar toch flexibel materiaal. Daarnaast is het nog eens volledig afbreekbaar, omdat het slechts bestaat uit eiwitten en water. Hoewel spinrag zelf misschien niet meteen een goed materiaal voor tissue engineering is, kan het wel gebruikt worden als model voor synthetische varianten. Zo blijkt dat een veld als tissue engineering niet zo rechtlijnig is als het op het eerste gezicht misschien lijkt. Maar is dat niet juist wat wetenschap zo leuk en interessant maakt?
Het is al lange tijd bekend dat salamanders beschikken over een sterk regeneratievermogen. Als een salamander door een gevecht of ongeluk een poot verliest, laat hij er in een paar dagen gewoon weer een nieuwe aan groeien. Wetenschappers dromen er al jaren van om deze ultieme vorm van tissue engineering over te brengen naar de mens. Recent onderzoek toont aan dat het in de toekomst misschien niet bij dromen hoeft te blijven.
Als salamanders een poot verliezen, groeit er over de wond een laagje cellen die ‘ontdifferentiëren’ naar stamcellen (het zogenaamde blasteem). Deze stamcellen zorgen er daarna voor dat er een nieuwe poot aan kan groeien. Bij mensen groeit er over de wond geen blasteem, maar littekenweefsel. Hierdoor sluit een wond zich wel snel, maar vindt er geen regeneratie plaats.
Mark Keating van Howard Hughes Medical Institute in Boston publiceerde vorige maand in Science een artikel waaruit blijkt dat ook zoogdieren (en dus ook mensen) waarschijnlijk nog wel het mechanisme voor regeneratie in zich hebben. Zo lukte het Keating om volwassen muizencellen om te zetten tot stamcellen met een extract van stoffen uit salamanderblasteem. Het mechanisme is in zoogdieren dus nog aanwezig, maar komt normaal gesproken alleen niet meer tot uiting.
Keating denkt dat er bij zoogdieren een soort concurrentie is tussen twee verschillende manieren van wondherstel. Aan de ene kant is er een ontstekingsreactie en daarna vorming van littekenweefsel, aan de andere kant is er regeneratie. Bij zoogdieren domineert alleen het eerste mechanisme. Misschien dat enkele stoffen uit de salamander kunnen helpen om de balans te verschuiven richting regeneratie, maar het is waarschijnlijker dat ook de ontstekingsreactie uitgeschakeld moet worden om echt tot regeneratie te komen. Het zal nog wel even duren voordat dat allemaal uitgezocht is en tot die tijd moeten we ons dus behelpen met pleisters en ‘klassieke’ tissue engineering.
Tissue engineering is meer dan alleen maar het kweken van cellen. Een belangrijk onderdeel van tissue engineering is namelijk het materiaal waarop de cellen gekweekt worden. Er wordt dan ook veel onderzoek gedaan naar de eigenschappen van deze materialen, maar ook naar manieren om deze materialen in de gewenste vorm te krijgen.
Je kunt natuurlijk gewoon een materiaal pakken, daar de cellen op kweken om er dan uiteindelijk bij implantatie de gewenste vorm uit te snijden. Het is echter veel handiger om het materiaal meteen in de juiste vorm te maken. Dit is tegenwoordig goed te doen met een apparaat dat veel weg heeft van een gewone printer. De “printer” print alleen niet met inkt, maar met een gesmolten polymeer materiaal. Het materiaal wordt snel hard, waarna er weer een nieuwe laag overheen kan worden geprint. Laagje voor laagje kun je zo dus elke vorm printer die je maar wilt.
Het grote voordeel hiervan is dat je voor elke patiënt precies die vorm kunt printen die nodig is. Met behulp van een scan wordt eerst gekeken hoe het stuk weefsel er uit moet komen te zien. Vervolgens wordt dat in de computer gestopt en doorgegeven aan de printer die precies de gewenste vorm maakt. De cellen worden dan gezaaid en het weefsel wordt gevormd. Misschien wordt het in de toekomst dus wel mogelijk om een neus op bestelling te leveren.
Bij “tissue engineering” denken mensen al snel aan het plaatje van een muis met een mensenoor op zijn rug dat tien jaren geleden in alle kranten te zien was. Meestal roept dit beeld vrij negatieve associaties op, omdat het hier wel heel erg lijkt alsof een gekke wetenschapper a la Frankenstein bezig is geweest om de grens tussen mens en dier te vervagen. In de werkelijkheid valt dat allemaal gelukkig reuze mee. Juist door deze soms negatieve beeldvorming over tissue engineering, denken wij dat het nuttig is dat ons team met het onderwerp tissue engineering meedoet aan de battle. Door mensen op een leuke en toegankelijke manier kennis te laten maken met tissue engineering, hopen we bij te kunnen dragen aan een betere beeldvorming over deze techniek.
Het plaatje van de muis met een oor op zijn rug is in 1995 gepubliceerd door de groep van dokter Charles Vacanti uit Amerika. Een plastisch chirurg kwam bij hem met het idee om een oor op een muis te laten groeien. Het oor zou dan gebruikt kunnen worden voor de behandeling van kinderen die zonder oorschelp geboren zijn of die hun oor verloren zijn bij bijvoorbeeld een ongeluk. Charles gebruikte voor dit onderzoek een speciaal materiaal in de vorm van een oor. Hierop zaaide hij kraakbeencellen (kraakbeen is het weefsel dat een oor zijn stevigheid geeft). De onderzoekers zetten het vervolgens op de rug van een muis, zodat er een bloedvatsysteem in het oor ontstaat. De muis voedt dus als het ware het oor, zodat het kraakbeen zich goed kan ontwikkelen. Het uiteindelijke resultaat is dus een stuk kraakbeen in de vorm van een oorschelp, wat gebruikt zou kunnen worden in de cosmetische chirurgie. De muis kan na het verwijderen van het oor gewoon blijven leven.
Dus geen poging van een rare wetenschapper om muizen beter te laten horen, maar een nieuwe methode om een ernstige cosmetische aandoening te behandelen. Ook geen muizenoren die uiteindelijk aan mensen gezet gaan worden, maar een oorschelp die is opgebouwd uit het kraakbeen van de patiënt zelf. Dat kleine stukje extra achtergrondinformatie kan een hoop betekenen voor de beeldvorming bij het grote publiek.
Met ons team zullen wij proberen om de techniek tissue engineering bij jullie onder de aandacht te brengen. Niet om jullie een oor aan te naaien, maar om jullie in staat te stellen om zelf een mening te vormen over deze veelbelovende techniek gebaseerd op begrijpelijke informatie.
Het artikel waarop onze deelname aan de battle is gebaseerd, gaat over het kweken van spieren. Niet over strak getrainde lijven in de sportschool, maar over het kweken van kleine stukjes spierweefsel buiten het lichaam. Tissue engineering gaat hierbij vaak uit van het gebruik van het startmateriaal van de patient zelf. Enkele spiercellen of spiervoorlopercellen worden van de patient afgenomen. Deze worden gezaaid op een speciaal materiaal, waarop ze kunnen groeien en nieuw spierweefsel kunnen vormen. Vaak is het materiaal bio-afbreekbaar, zodat je uiteindelijk alleen maar nieuw spierweefsel overhoudt. Het voordeel van deze techniek is dat het spierweefsel wat je op deze manier maakt, eigenlijk al het spierweefsel van de patient zelf is (het is immers gemaakt van zijn eigen cellen). Je hebt daarom minder risico op zaken als afstoting of het overbrengen van ziektes zoals je dat wel hebt met donorweefsel.
Het idee is dat dit gekweekte spierweefsel in de toekomst gebruikt kan worden voor de behandeling van allerlei spieraandoeningen. Eén van de meest bekende voorbeelden hierbij is waarschijnlijk het behandelen van de schade die ontstaat bij een hartinfarct. Bij een hartinfarct komt een bloedpropje vast te zitten in één van de bloedvaatjes in de spierwand van het hart. Het vaatje wordt hierdoor afgesloten, waardoor een deel van de spierwand niet meer van bloed wordt voorzien en afsterft. Doordat dit spierweefsel na een infarct niet vanzelf weer teruggroeit, zal het hart na een infarct dus altijd zwakker blijven dan daarvoor. In theorie zou je dit afgestorven weefsel kunnen vervangen of opvullen met een stukje gekweekt spierweefsel om zo voor een betere genezing te zorgen. Zo ver is het nog niet, maar ons artikel brengt dit weer een stukje dichterbij.
Eén van de grootste problemen bij tissue engineering tot nu toe was de ingroei van bloedvaten nadat je het gekweekte weefsel in het lichaam hebt gestopt. Op het moment dat je gekweekt spierweefsel implanteert zonder bloedvaten, zullen de gekweekte cellen een tekort krijgen aan voedingsstoffen (dit is eigenlijk vergelijkbaar met de situatie na een hartinfarct, waar de spier ook geen bloed meer krijgt en afsterft). Op den duur zullen bloedvaten het gekweekte weefsel wel ingroeien, maar de kans is groot dat het dan al te laat is en dat een groot deel van je gekweekte weefsel is gestorven. Wij hebben daarom geprobeerd om al bloedvaten in het gekweekte weefsel te krijgen voordat je het in het lichaam stopt. Dit hebben we gedaan door bloedvatcellen mee te kweken met de spiercellen. We hebben aangetoond dat deze methode inderdaad een positief effect heeft op de doorbloeding van het gekweekte weefsel na implantatie. Ook zorgt het voor een betere overleving van het gekweekte weefsel. De echte toepassing van tissue engineering in de kliniek is hierdoor dus weer een stapje dichterbij gekomen.
