Bot kweken in lab stap dichterbij

Lichaamseigen bot kweken in het laboratorium, dat vervolgens in het lichaam uitgroeit tot een nieuw stevig bot; het is nog toekomstmuziek. Barbara Klotz, onderzoeker in het UMC Utrecht, heeft met haar promotieonderzoek die toekomst wel een stapje dichterbij gebracht. Zij ontwikkelde een gel waarin bot- en vaatcellen goed gedijen en uit kunnen groeien tot botachtig weefsel.

Bot is het op één na meest getransplanteerde weefsel in het menselijk lichaam. Het is bijvoorbeeld nodig bij patienten die na een kaaktumor, een deel van hun kaakbot missen. Een klein botdefect kan gerepareerd worden met een klein stukje bot dat niet wordt doorbloed. Als het om grotere delen kaakbot gaat – vanaf zo’n zes centimeter – is doorbloeding wel nodig, anders sterft het af. Nu worden dergelijke stukken bot elders uit het lichaam gehaald – bijvoorbeeld uit het onderbeen –  om de kaak te repareren. Dit is niet ideaal omdat hiervoor een langdurige operatie op twee plekken in het lichaam nodig is. Bovendien kunnen er complicaties optreden.

Daarom zou het zo mooi zijn als je op basis van  stamcellen van een patiënt lichaamseigen bot kunt kweken in het laboratorium. Bot met alle functies. Dat proces heet tissue-engineering. In de afgelopen bijna dertig jaar zijn successen geboekt in de tissue-engineering van dunne, niet doorbloede weefsels en organen zoals kraakbeen, huid en blaas. Voor tissue engineering van botweefsel en andere weefsels is het belangrijkste knelpunt om voor de benodigde doorbloeding – de vascularisatie – te zorgen.

Gel

Om botweefsel in het laboratorium te kweken is een goede gel nodig waarin de cellen zo goed gedijen dat ze werkelijk tot botweefsel kunnen uitgroeien. “Een gel waarin cellen zich happy voelen”, vertelt onderzoeker Barbara Klotz. Tot nu toe werd gewerkt met materiaal op basis van gelatine. “Een nadeel hiervan is dat het te snel wordt afgebroken door het lichaam. Uiteindelijk moet het materiaal natuurlijk wel afgebroken worden, maar niet voordat er voldoende botweefsel is ontstaan.”

Op basis van gelatine, een synthetische stof en een enzym die die twee met elkaar verbindt, ontwikkelde Barbara een nieuwe gel. “Aan de basis van gelatine hebben we een synthetische component toegevoegd (polyethylene glycol, PEG). Die toevoeging zorgt ervoor dat de gel minder snel wordt afgebroken. Die twee stoffen moeten wel met elkaar verbonden worden om er een gel van te maken dat water kan vasthouden. Dit hebben we voor elkaar gekregen met een enzym (bloedstollingsfactor XIII). Dit enzym is een middel voor patiënten die problemen met de bloedstolling hebben. We weten dus dat het geen kwaad kan in het lichaam.”

Dit nieuwe materiaal lijkt veel mogelijkheden te bieden aan cellen om zich te kunnen ontwikkelen tot doorbloed botachtig weefsel. “Bovendien kan het ook gebruikt worden voor het kweken van ander weefsel. Hierdoor is dit materiaal uitermate interessant voor toepassingen voor uiteenlopende weefsels.”

Stamcellen

Het onderzoek van Barbara richt zich daarnaast op de gebruikte cellen, die ook in een patiënt toegepast zouden kunnen worden. “Wij onderzochten of het ook mogelijk is om met stamcellen uit beenmerg en navelstrengbloed complexe vasculariseerde botachtige structuren te laten groeien. Dat is gelukt.”

Deze onderzoeksresultaten betekenen niet dat het kweken van lichaamseigen kaakbot binnenkort voor patiënten toepasbaar is. Voor stevige botvorming is bijvoorbeeld ook nog een stabiliteitsvormer nodig. “Daar gaan nog wel jaren overheen, maar we zijn wel een stap dichterbij.”