Hydrogels zijn een speciaal soort materiaal dat de groei van menselijke cellen kan ondersteunen en waardoor weefsels zoals huid of bindweefsel ontstaan. Hoewel hydrogels van nature in het menselijk lichaam voorkomen, kunnen ze ook synthetisch worden gemaakt. Onderzoekers aan de Universiteit Maastricht hebben deze synthetische hydrogels verfijnd, en kunnen daarmee menselijk weefsel nauwkeurig nabootsen. Door die aanpassingen vormen hydrogels voor cellen de ideale omgeving om te groeien zoals ze dat in het menselijk lichaam zouden doen. Deze hydrogels zijn te printen in 3D, wat mogelijkheden biedt om celtherapieën te verbeteren, medicijnen te testen en kleine weefsels te maken. Dit meldt Maastricht University.
Hydrogels vormen de perfecte omgeving voor menselijke cellen om te groeien tot weefsels zoals huid, kraakbeen of bindweefsel. Deze hydrogels komen van nature voor in het menselijk lichaam, bijvoorbeeld in de vorm van collageen. Omdat bekend is hoe het lichaam deze hydrogels maakt, kunnen onderzoekers ze namaken. Deze synthetische hydrogels kunnen worden gebruikt bij medische behandelingen van beschadigd weefsel, zoals bij huidwonden of een gescheurde knieband. Ze kunnen het menselijk lichaam helpen om beschadigd weefsel te herstellen, vervangen of opnieuw op te bouwen.
Tot dusver waren synthetische hydrogels voor menselijke cellen een plek waar ze konden overleven, maar het weefsel dat uit de groei van die cellen voortkwam kwam was niet zo complex als natuurlijk menselijk weefsel. Matt Baker, universitair docent aan het MERLN-instituut van de Universiteit Maastricht, legt uit: "De menselijke cellen in synthetische hydrogels waren net als beren in de dierentuin. Beren kunnen in leven blijven in een kleine kooi met alleen water en voedsel. Maar om zich natuurlijk te gedragen hebben ze een omgeving nodig die gevuld is met bomen, begroeiing en rivieren. Op dezelfde manier hebben we synthetische hydrogels nodig die de superstructuur van het menselijk lichaam nabootsen, zodat cellen kunnen functioneren zoals ze in het menselijk lichaam zouden doen."
Natuurlijke omgeving
Baker en zijn team hebben ontdekt hoe ze een meer 'natuurlijke habitat' kunnen creëren voor menselijke cellen. Door vettige moleculen toe te voegen aan de hydrogels, kunnen ze de complexe eigenschappen van natuurlijke hydrogels nabootsen: zacht en met een vezelstructuur. Maar het gaat verder dan dat. De hydrogels gedragen zich op dezelfde manier als het speelgoed Silly Putty: ze kunnen worden uitgerekt en samengeknepen zonder te scheuren. Net als Silly Putty zijn hydrogels zelfherstellend en kunnen ze, nadat er krachten op worden uitgeoefend, terugkeren naar hun oorspronkelijke structuur of opnieuw worden gebruikt. Ze passen zich dus aan het lichaam aan en zijn tegelijkertijd vertrouwd voor de cellen.
Volgens Baker biedt het afstemmen van de grootte en de hoeveelheid vettige moleculen de sleutel tot het maken van een realistische celomgeving voor het maken van verschillende soorten weefsels. "Door te 'spelen' met de hoeveelheid vettige moleculen die we toevoegen, hebben we controle over de eigenschappen van de hydrogels", zegt hij. “Door meer vettige moleculen toe te voegen, krijg je relatief elastische hydrogels die geschikt zijn voor bijvoorbeeld het maken van huidweefsel. Door minder vetzuren toe te voegen ontstaan zachtere, vloeibaardere hydrogels die ideaal zijn voor bijvoorbeeld breinweefsel en vet, omdat die vervormbaar moeten zijn. We kunnen hydrogels dus aanpassen aan het specifieke deel van het lichaam waar we ze willen gebruiken."
Kunstmatige materiaal
Hoewel het toevoegen van vettige moleculen aan hydrogels simpel is voor scheikundigen, heeft het resultaat ervan belangrijke gevolgen. Met name omdat ze 3D-printbaar zijn, wat uniek is aan deze hydrogels. "Het is vrij eenvoudig om te doen, maar de implicaties zijn groot. Door hydrogels te combineren met menselijke cellen, kunnen we een structuur 3D-printen die buiten het menselijk lichaam groeit tot menselijk weefsel,” legt Baker uit. Dat kan de effectiviteit van celtherapietherapieën voor bijvoorbeeld artrose te verbeteren, waarbij cellen worden ingespoten om kraakbeen te repareren of op te bouwen en zo pijn en stijfheid in gewrichten te verminderen. Bovendien kan 3D-geprint weefsel worden gebruikt voor vroegtijdige fase farmacologische tests, als alternatief voor het testen van medicijnen op dieren.
De klassieke gedachte achter weefselengineering is dat 3D-geprint weefsel in het lichaam te geïmplanteerd wordt, waar het beschadigd weefsel repareert, vervangt of opnieuw opbouwt. Baker: "Mensen praten graag over het 3D-printen van een hart. Hoewel we daar nog ver vanaf zijn, is het 3D-printen van een mix van realistische celomgevingen en menselijke cellen een van de vele stappen die we moeten zetten naar het 3D-printen van patiëntspecifieke organen."
Door: Nationale Zorggids
