Duizenden mensen sterven jaarlijks wachtend op een orgaantransplantatie en nog veel meer worden geplaagd door zieke organen. Mensen met een ruggenmergletsel lijden aan vele andere gezondheidsproblemen als gevolg van hun onvermogen om te bewegen en te lopen. En hoewel we ons verbazen over de bekwaamheid van chirurgen die een gezicht of hand kunnen transplanteren, zijn de resultaten verre van perfect.
Weefselmanipulatie brengt verschillende disciplines samen om levend weefsel te creëren ter vervanging of reparatie van huid, een falend orgaan of een beschadigd of ontbrekend lichaamsdeel.
Jay Vacanti en Robert Langer worden algemeen erkend als de pioniers van weefselmanipulatie. Dr. Vacanti, directeur van het Centrum voor Regeneratieve Geneeskunde in het Massachusetts General Hospital, is ook directeur van de kindertransplantatie in het MGH. Nadat hij had gezien hoe veel te veel kinderen stierven in afwachting van een levertransplantatie, zocht hij naar een manier om leverweefsel te kweken. Daarom ging hij samenwerken met het Langer Lab van MIT. Door bij zieke ratten een polymeersteiger met levercellen te implanteren, kunnen zij nu binnen enkele weken nieuw leverweefsel laten groeien en laten functioneren.
Tot voor kort leek het onmogelijk dat mensen met beschadigde ruggengraat of stembanden ooit weer zouden kunnen lopen of zingen. In samenwerking met Dr. Vacanti hebben wetenschappers van het Langer Lab de ruggengraat van ratten doorgesneden, waardoor ze verlamd raakten. Vervolgens gebruikten zij stamcellen van andere ratten om het ontbrekende deel van het ruggenmerg op polymeer steigers te laten groeien. Nadat ze de gemanipuleerde ruggenmergstrengen hadden gekregen, konden de verlamde ratten weer lopen, zij het lichtjes mank.
Scaffolds
Celculturen worden al lang gekweekt in petrischaaltjes, maar deze methoden leveren klonten cellen op die in het menselijk lichaam geen functioneel doel kunnen dienen. Scaffolds bieden zowel vorm als ondersteuning voor groeiend weefsel. Deze steigers – gemaakt van biocompatibele, biologisch afbreekbare polymeren – moeten de ruimtelijke oriëntatie van bepaalde celtypes mogelijk maken en sturen.
Deze methode is relatief eenvoudig als we alleen kraakbeen willen maken, waarvoor geen vasculatuur nodig is. Maar als we hopen op een dag “vervangingsonderdelen” te kunnen genereren, moeten we in staat zijn complexe, natuurlijk voorkomende structuren te creëren die meerdere celtypes bezitten en zichzelf van voedingsstoffen kunnen voorzien.
Om een steiger te construeren die een volledig functionele 3D cellulaire matrix kan ondersteunen, worden bionanotechnologieën gebruikt. Individuele, 2D platen worden geconstrueerd en gelaagd om het samenspel van een orgaan en zijn vasculatuur na te bootsen.
Zaaien
De steigers worden vervolgens gezaaid met cellen die in petrischaaltjes zijn gegroeid. Deze cellen kunnen worden geoogst uit een stamcellijn of een donor – in het ideale geval de ontvanger van de transplantatie. De constructie van cellen en steigers wordt vervolgens ondergedompeld in een medium dat de cellen stimuleert om te groeien en zich te vermenigvuldigen. Naarmate de cellen zich vermenigvuldigen, beginnen zij de vorm van de steiger aan te nemen, die uiteindelijk wordt afgebroken en door het weefsel wordt geabsorbeerd.
Stamcellen
Volwassen stamcellen kunnen worden afgeleid van verschillende soorten cellen, waaronder bloed-, bot-, spier-, huid-, hersen- en levercellen, alsmede haarfollikels. Maar het isoleren en kweken ervan is moeilijk. En het is niet duidelijk of volwassen stamcellen echt kunnen differentiëren. Embryonale stamcellen kunnen daarentegen wel differentiëren, zelfs wanneer zij zich op de steigers bevinden. Maar cellen die op het moment van transplantatie nog niet gedifferentieerd zijn, kunnen tumoren gaan vormen.
Afstoting
Sommige weefseltypes worden in het lab gekweekt vóór de implantatie, terwijl andere de hulp van het lichaam nodig hebben om te gedijen. En als het weefsel eenmaal is geïmplanteerd, is er altijd de zorg over afstoting. Het Langer Lab werkt ook aan een middel om immunosuppressiva op een getimede manier toe te dienen, alleen gericht op de plaats van het transplantaat om immunocompromittering van de patiënt te voorkomen.
Uitdagingen
Naast het voorzien in een bloedtoevoer, het op de juiste manier laten differentiëren van stamcellen en het vermijden van afstoting, zijn er nog verschillende andere uitdagingen die moeten worden aangepakt. Het voorzien in een bloedtoevoer betekent dat de steiger met meerdere celtypen moet worden bezaaid, en niet al deze celtypen groeien met dezelfde snelheid. Vasculaire weefsels groeien over het algemeen langzamer en moeten dus worden geprefabriceerd binnen de totale steiger. En het eindproduct moet er zo uitzien en functioneren als de natuur het bedoeld heeft. Naast het vervangen van ontbrekende of beschadigde organen en weefsels, zouden gemanipuleerde weefsels ook kunnen worden gebruikt om de effecten van geneesmiddelen te helpen testen. En sommige cosmetische chirurgen kijken naar de ontwikkelingen in de weefselmanipulatie met het oog op de vooruitgang van de mogelijkheden van reconstructieve chirurgie.
Onderzoekers hebben al weefsels gemaakt van allerlei soorten organen. Met behulp van engineering-principes zien we binnenkort misschien levend vlees dat er net zo uitziet als het echte vlees – omdat het het echte vlees is.
Je bent misschien ook geïnteresseerd in:
- Micro- & Nanotechnologieën