Gewrichtskraakbeen speelt een cruciale rol in onze mobiliteit, het fungeert als een kussen tussen onze gewrichten en maakt soepele bewegingen mogelijk. Het genezen van beschadigingen is echter lastig door een gebrek aan bloedtoevoer naar het kraakbeen. De schade leidt vaak tot chronische pijn en verminderde mobiliteit. Traditionele behandelingen schieten tekort omdat ze de mechanische eigenschappen missen om voortdurende beweging te weerstaan. Florencia Abinzano besteedde haar promotieonderzoek aan het ontwikkelen van een regeneratieve oplossing voor kraakbeenschade en promoveerde op 11 maart op haar onderzoek naar kraakbeenimplantaten.

Niet zo eenvoudig als het lijkt

Florencia kreeg een passie voor onderzoek naar kraakbeenweefsel toen ze aan haar masterscriptie werkte. Ze herinnert zich nog goed: “Toen onderzoekers voor het eerst met tissue engineering begonnen, dacht iedereen dat kraakbeen een makkelijk weefsel zou zijn om na te maken, omdat het geen zenuwen of bloedvaten bevat. Vele jaren later zijn we echter nog steeds niet in staat om functioneel kraakbeenweefsel te maken, maar ik hoop dat dit afstudeerwerk een kleine stap is in de richting van een bestendige oplossing.”

De uitdaging in het maken van kraakbeenweefsel ligt in de complexe biomechanische omgeving van gewrichten en het kleine aantal kraakbeencellen genaamd chondrocyten, gecombineerd met de zuurstofarme omstandigheden die de celgroei beperken. De eerste belangrijke stappen in dit onderzoek waren dus het vinden van het juiste celtype, groeifactoren en een geschikt toedieningsmateriaal om deze zware omstandigheden te weerstaan.

Het juiste celtype vinden

Een van de opgaves was het vinden van het juiste celtype. De huidige standaardbehandeling voor kraakbeenregeneratie maakt gebruik van kraakbeencellen van de patiënt zelf. Florencia: "Chondrocyten worden verkregen uit een gezond deel van het kraakbeen van de patiënt, wat slechts een klein aantal cellen oplevert en zelfs meer schade aanricht. Als je ze in het lab probeert te vermenigvuldigen, verliezen ze hun eigenschappen en stoppen ze met het produceren van de juiste moleculen die kenmerkend zijn voor het natuurlijke kraakbeenweefsel.”

In de zoektocht naar een geschikter celtype onderzochten Florencia en haar onderzoeksteam zogenaamde ACPC's, cellen afgeleid van gewrichtskraakbeen. In tegenstelling tot chondrocyten bevinden deze cellen zich voornamelijk aan het oppervlak van kraakbeen en kunnen ze zich vermenigvuldigen tot klinisch relevante aantallen. Florencia: "Ook al vormen ze maar een klein percentage van alle kraakbeencellen, ze kunnen gemakkelijk geïsoleerd worden en in grote aantallen vermenigvuldigd worden zonder het vermogen te verliezen om de juiste moleculen aan te maken.” 

De volgende stap was het vinden van de beste groeifactor om deze cellen te ondersteunen. Florencia: "We ontdekten dat de groeifactor BMP-9 ze kon stimuleren om een volwassen kraakbeencel te worden en een kraakbeenachtige omgeving te produceren.”

3D-geprint gaas heeft voordelen ten opzichte van hydrogels

De volgende opgave bestond uit het ontwerpen van een afgiftesysteem dat bestand was tegen de zware omstandigheden waar kraakbeen mee te maken krijgt en dat de groei van de ACPC's kon ondersteunen. Na verschillende hydrogels te hebben getest, kwam de groep tot de conclusie dat het ideale systeem geen hydrogel was, maar een 3D-geprint gaas. In tegenstelling tot een hydrogel biedt zo’n 3D-geprint gaas mechanische ondersteuning en zijn de cellen in direct contact met elkaar, wat hun groei stimuleert.

Het experimentele kraakbeenimplantaat werd getest in een laboratoriumsetting met cellen van paarden en daarna in een dierstudie. In de dierstudie werd het implantaat gekoppeld aan een bot via een bevestigingssysteem dat faalde. Hierdoor kon de evaluatie van het implantaat niet goed worden uitgevoerd. Dit benadrukt de noodzaak van grondige tests in realistische omgevingen voordat zo’n experimenteel stukje kraakbeen in dieren wordt geïmplanteerd.

Gelukkig waren de resultaten met menselijke cellen in een laboratoriumsetting ook veelbelovend. Dit bevestigde het potentieel van ACPC’s om de nieuwe gouden standaard in kraakbeenherstel te worden en in de toekomst een oplossing te bieden aan miljoenen patiënten met kraakbeenschade wereldwijd.

De weg naar het proefschrift

De weg naar het afronden van haar proefschrift was lang en ongebruikelijk. Florencia: “Tussen een pandemie en het krijgen van twee zoontjes, verliep mijn PhD nogal ongebruikelijk. Uiteindelijk heb ik het schrijven van mijn proefschrift in mijn vrije tijd afgerond, terwijl ik de laatste twee jaar al als postdoc werkte.”

In haar werk aan de TU Eindhoven streeft Florencia haar passie na in het begeleiden en onderwijzen van toekomstige kraakbeenonderzoekers. Florencia: “Ik geloof in de vooruitgang die ik heb geboekt.  Zelfs als het mij niet lukt om een behandeling voor kraakbeenherstel te ontwikkelen, hoop ik dat een van mijn studenten dat misschien wel doet!”