Hol, bol of plat: cellen hebben een voorkeur

Geneeskunde Met het inzicht dat botten liever holvormig groeien, kunnen beschadigingen en breuken gerichter hersteld worden.

Als botcellen mogen kiezen, groeien ze liever hol dan bol.
Als botcellen mogen kiezen, groeien ze liever hol dan bol.

Foto Marieke de Lorijn

Holle en zadelvormige oppervlaktes stimuleren de groei van gekweekte botcellen beter dan bolle of platte oppervlaktes. Dat beschrijven Delftse onderzoekers onder leiding van Amir Zadpoor in Nature Communications. Deze kennis zou van pas kunnen komen in onderzoek naar lichaamseigen protheses voor botten.

De meeste botbreuken genezen vrij makkelijk met een spalkje of gips, maar het lichaam heeft meer hulp nodig als veel botweefsel moet herstellen. Daarbij kan deze nieuwe techniek een toepassing krijgen, zegt Jos Malda: „Denk aan breuken in het gezicht, botontkalking en bottumoren.” Malda is hoogleraar orthopedie aan de Universiteit Utrecht en niet betrokken bij het onderzoek.

Door een poreuze structuur van biologisch materiaal te fabriceren, die in het lichaam te plaatsen en daarop lichaamseigen botcellen te laten groeien, kan zo’n complexe beschadiging hersteld worden. Die manier van genezing heeft meerdere voordelen ten opzichte van een massieve prothese van kunststof of metaal. Het lichaam neemt de biologische prothese op, onderhoudt en herstelt hem. Dat geeft een langere levensduur. Bovendien heeft een lichaamseigen implantaat alle functies die het oorspronkelijke weefsel kent. Botweefsel kan bijvoorbeeld bloedcellen aanmaken, maar metaal biedt alleen stevigheid.

Nauwkeurige 3D-printer

Om een lichaamseigen prothese te maken, moet je weefselgroei zowel in hoeveelheid als richting kunnen sturen. Malda legt uit dat dit een uitdaging is: „We weten dat de poriegrootte en vorm van het materiaal een grote invloed hebben op het gedrag van cellen. Maar we snappen nog niet precies hoe dat zit.”

De onderzoeksgroep van de TU Delft komt met een gedeeltelijk antwoord. Het team maakte gebruik van een nauwkeurige 3D-printer om mallen te produceren. De oppervlaktes daarvan hadden verschillende vormen: vlak, positief gekromd (bol), negatief gekromd (hol) of combinaties hiervan. Op deze malletjes brachten ze botcellen van muizen aan, die zo klein waren – enkele tientallen micrometers – dat individuele cellen de kromming konden waarnemen. Zadelvormen en kuilen bleken celgroei en celdeling meer te stimuleren dan bobbels of platte vlakken. „Een elegante manier om het gedrag van cellen te bestuderen”, vindt Malda.

Aan de hand van plastic modelletjes van verschillende oppervlaktes legt Zadpoor, hoogleraar biomechanica, uit hoe dit werkt. Oppervlaktes oefenen krachten uit op cellen en cellen passen hun gedrag hierop aan – bijvoorbeeld door te groeien, of juist niet. Die krachten nemen ze waar met hun ‘celskelet’, dat bestaat uit kleine vezels. Het buigen van deze vezels kost energie, en het kost cellen minder energie om in kuiltjes te groeien, zo blijkt. Zadpoor: „De cellen kiezen het pad van de minste weerstand.”

Hoewel dit inzicht handig is om weefsels vorm te geven, is deze kennis voorlopig nog niet toepasbaar in het produceren van lichaamseigen protheses. De onderzoekers willen daarom nu cellen niet alleen op microniveau controleren, maar ook op de schaal waarin ze in een lichaam moeten functioneren.