MEDISCH NIEUWS
Agoriaprijs beloont materiaalstudie naar gekweekte tussenwervelschijf Op 18 december jongstleden reikte Scriptie vzw de dertiende Vlaamse Scriptieprijs uit in Kortrijk. Naast de hoofdprijs werden ook drie deelprijzen verdeeld. De Agoriaprijs, een samenwerking met de gelijknamige technologiefederatie, ging naar de masterscriptie van chemicus Jasper Van Hoorick (PBM-UGent). Hij kreeg de prijs voor z’n studie van prothesen die gebruikt kunnen worden bij de regeneratieve geneeskunde. ugpijn is dikwijls het gevolg van een tussenwervelschijf die begint af te takelen door afplatting of slijtage (scheurtjes in de cilinder). Meestal gaat de behandeling van start met injecties in de kern om te zien of de rugpijn afneemt of verdwijnt. Vaak is dat slechts een tijdelijke oplossing. Een volgende optie kan zijn om de beschadigde tussenwervelschijf vast te zetten met vijzen. Hierdoor neemt de beweeglijkheid van de ruggengraat echter verder af waardoor de overige tussenwervelschijven zwaarder belast worden. De enige duurzame, langetermijnoplossing lijkt daarom de vervanging van de tussenwervelschijf.
R
Volwaardig alternatief De tussenwervelschijf bestaat uit drie onderdelen: een gelatineuze kern (nucleus pulposus) omgeven door een cilinder bestaande uit vezelig kraakbeen (annulus fibrosus) die samen tussen twee kraakbeeneindplaten liggen. De kern doet dienst als schokdemper, terwijl de cilinder eerder de zijwaartse krachten op de ruggengraat opvangt. De eindplaten vormen de verbinding met de ruggenwervels. Een volwaardige prothese bestaat idealiter uit (een combinatie van) materialen die functioneel alle drie eigenschappen bezitten. De huidige generatie ‘stijve’ protheses die volledig zijn gemaakt uit een synthetisch materiaal laten nog veel te wensen over: ze vertonen dikwijls een povere aanhechting aan de ruggenwervels, hebben verre van optimale mechanische eigenschappen en bij veelvuldige beweging kunnen er vijlsels worden gevormd. Op zoek naar een alternatief, wordt daarom met hoge verwachtingen gekeken naar de kweekschalen van weefselingenieurs.
Stug en poreus Er wordt reeds een aantal jaren geëxperimenteerd met het kweken van allerhande orthopedische vervangweefsels zoals het hybride implantaat dat bestaat uit lichaamseigen botvormende (stam)cellen gecombineerd met ondersteunende biomatrices en groeifactoren. Grootste pro-
14
bleem tot nu toe was dat er enkel kan gewerkt worden met autologe botfragmenten van millimeterschaal. In de kern van grotere botimplantaten treedt immers heel vaak celdood op daar het lichaam te veel tijd nodig heeft om een adequate doorbloeding te ontwikkelen naar en in deze grotere implantaten. De volgende stap was de ontwikkeling van geschikte weefseldragers voor het kweken van nieuwe tussenwervelschijven met behulp van stamcellen. Een terrein waarop Van Hoorick zijn eerste stappen zette. Hij beschrijft de ideale weefseldrager: “Een succesvol ‘wisselstuk’ moet de juiste vorm aannemen en tegelijkertijd voldoende transport van voedings- en afvalstoffen toelaten. De keuze valt daarbij op biode-
latine ter vervanging van het soepele gedeelte van de tussenwervelschijf en een biodegradeerbaar polyester om de mechanische stijfheid na te bootsen.
Aanpasbaar Gelatine vertoont reeds van zichzelf grote mechanische gelijkenissen met de nucleus pulposus. Bovendien, zo blijkt uit Van Hooricks studie, kunnen de mechanische eigenschappen van het te vervangen weefsel zeer dicht benaderd worden dankzij chemische modificatie van gelatine. Chemische bewerking maakt het ook mo-
Jasper Van Hoorick: “Het 3D-printen biedt een zeer groot potentieel in de regeneratieve geneeskunde”
gradeerbare poreuze draagstructuren die na implantatie geleidelijk aan afgebroken worden, terwijl de stamcellen die erin worden verwerkt, zullen groeien en delen. Hierdoor zullen op termijn enkel lichaamseigen cellen achterblijven zonder een spoor van het implantaat.” Totdat het gevormde weefsel sterk genoeg is, moet de drager bovendien adequaat de mechanische eigenschappen van de te vervangen tussenwervelschijf simuleren. De prothese moet dus zowel voldoende poreus als rigide zijn, naast biodegradeerbaar en biocompatibel. Van Hoorick keek daarvoor naar een combinatie van ge-
ARTSENKRANT Vrijdag 6 maart 2015 Nr. 2397
gelijk om gelatine niet onmiddellijk, maar geleidelijk te laten oplossen bij lichaamstemperatuur. Voor de stijfheid en vorm koos Van Hoorick voor een biodegradeerbaar polyester gebaseerd op polymelkzuur. Het polymelkzuur kan vervolgens met behulp van een 3D-printer verwerkt worden tot de mechanisch ‘robuuste’ annulus fibrosus. Van Hoorick: “Het 3D-printen biedt een zeer groot potentieel in de regeneratieve geneeskunde, aangezien dit toelaat om nagenoeg perfecte kopieën van beschadigd weefsel te produceren via modellen verkregen via bijvoorbeeld MRI-scans. “
Daarna wordt de geprinte vorm gecombineerd met gelatine om enerzijds de biointeractiviteit te verhogen en anderzijds een gelatineuze nucleus pulposus te vormen. Aan dit 3D-implantaat kunnen vervolgens kraakbeenvormende (stam)cellen, bloedvatvormende (stam)cellen en groeifactoren worden toegevoegd.
Veelbelovend materiaal De eerste celtesten met het nieuwe cellulaire hydrogelconstruct toonden aan dat deze materialen voldoende bio-interactief waren om het kweken van cellen toe te laten. “Bovendien bleek het mogelijk om het gelatinenetwerk pas te vormen nadat de cellen reeds in de oplossing gebracht werden, waardoor deze beter verdeeld kunnen worden binnenin de drager. Ook werd het potentieel aangetoond van op maat gemaakte 3D-structuren die kunnen leiden tot patiëntspecifieke, lichaamseigen wisselstukken voor verschillende aandoeningen. Op dit moment is de finale toepassing echter nog toekomstmuziek en dient er nog heel wat onderzoek verricht te worden alvorens het kan aangewend worden in de geneeskunde”, zo voegt Van Hoorick nog toe. Intussen werkt Van Hoorick aan een doctoraatscriptie in de wereld van de tissue engineering. “In mijn doctoraat tracht ik om een subretinaal implantaat te ontwikkelen om de retina te regenereren in een poging om op termijn leeftijdsgerelateerde macula-degeneratie of ouderdomsblindheid te genezen. Ik maak daarbij gebruik van analoge derivaten uit mijn masterscriptie zoals polyesters, gelatinehydrogels en 3D-printen”, verduidelijkt hij nog. De resultaten worden binnen enkele jaren verwacht. Patrick De Neve ‘Tunable Hydrogel-Polyester Combination Scaffolds for Tissue Engineering Purposes’, Jasper Van Hoorick, Department of Organic and macromolecular chemistry: Polymer Chemistry and Biomaterials group (PBM-UGent), Academic year: 2013-2014 Verdere info op: http://www.scriptiebank.be/