Leuvense onderzoekers gaan biologisch botweefsel kweken op grote schaal

Leuvense onderzoekers zijn erin geslaagd organisch botweefsel te kweken op de manier  waarop botweefsel bij een embryo ontstaat. De gebruikte techniek, die vertrekt van kleine kraakbeenbolletjes, maakt het mogelijk om over enkele jaren organisch botweefsel te kweken op industriële schaal en weefsels op te bouwen met 3D-bioprinting. “We verwachten de eerste levende implantaten via deze methode bij patiënten over vier jaar”.

Wetenschappers zijn al lang op zoek naar een manier om een weefsel zoals bot te kunnen vervangen door levende biologische implantaten. Eerdere studies suggereerden dat developmental engineering, weefselbouwkunde gebaseerd op de kennis uit de ontwikkelingsbiologie, een goede manier kan zijn om nieuwe groeiende weefsels te fabriceren. Onderzoekers moeten eerst begrijpen hoe het botweefsel bij een embryo ontstaat, om het daarna in het labo te kunnen nabootsen. Het proces van fractuurheling bij een mens stemt voor een groot stuk overeen met de aanmaak van botten bij een foetus in de embryonale ontwikkeling.

Een zopas verschenen studie, gepubliceerd in het online wetenschapsmagazine Advanced Science, toont aan dat die methode inderdaad werkt. De onderzoekers slaagden erin om humane voorloperscellen uit het beenvlies te halen en die te vermenigvuldigen tot miljoenen cellen. Die cellen liet men spontaan samenklitten tot kleine pakketjes en werden uiteindelijk kraakbeenachtige weefselstukjes, die de voorlopers zijn van bot. De microweefsels of organoids gingen vervolgens in een mal in de vorm van het ontbrekende stuk bot. Na de implantatie van dat stukje weefsel in een muismodel met een botdefect gedroeg het kraakbeen zich zoals in de natuur: het groeide op zes tot acht weken tijd uit tot een perfect geïntegreerd stukje botweefsel in de juiste vorm.

Prof. dr. Frank Luyten, reumatoloog in UZ Leuven en senior co-auteur van de studie: “Interessant aan de techniek is dat ze bruikbaar is om in de toekomst weefsels te produceren op een industriële schaal. Het bouwen van microweefsels gebeurt nu nog manueel, maar zal dan door robotica vervangen worden.”  Het onderzoeksproject JointPromise van het Prometheus-platform kreeg zopas een Europese subsidie (Horizon 2020) om die schaalvergroting en automatisering verder uit te werken.

Hoge medische nood

Het aanbieden van regeneratieve oplossingen voor botdefecten staat bekend als een grote onbeantwoorde medische nood. Een patiënt die vandaag naar het ziekenhuis komt met een groot botdefect, zoals na een ongeval of bij een infectie, kan een behandeling krijgen met technieken waarbij het nog bestaande bot nieuw been aanmaakt via verlenging van het been. Dergelijke technieken zorgen voor behoorlijke resultaten, maar zijn erg tijdrovend, niet altijd even efficiënt en voor patiënten vaak een lijdensweg.

Prof. dr. Johan Lammens, orthopedist in UZ Leuven en hoofdchirurg bij Prometheus voor botherstel:  “Om ons voor te bereiden op de nieuwe strategie met tissue engineering doen we al jarenlang experimenteel onderzoek met proefdieren, waarbij we tot in de kleinste details de toepassing bij de mens nabootsen. Op die manier willen we klaar zijn om de nieuwe botimplantaten bij patiënten toe te passen.”

Prof. dr. Frank Luyten: “Deze nieuwe studie legt de basis voor een technologische ontwikkeling om weefselstukken te maken in de grootte en vorm die we willen. Tissue engineering is ‘in’: iedereen begrijpt dat we over tien tot twintig jaar biologische weefsels zullen maken. Met deze studie wordt ook duidelijk op welke manier dat zal gebeuren. Bot zal waarschijnlijk de eerste toepassing zijn voor deze methode, maar de technologie is ook bruikbaar om andere weefsels zoals hart, lever of nier te kweken.”

Prometheus is een onderzoeksafdeling voor weefselbouwkunde van de KU Leuven en divisie van KU Leuven Research & Development. Prof. dr. Frank Luyten is reumatoloog in UZ Leuven en directeur van Prometheus. Hij doet al meer dan twintig jaar onderzoek in de regeneratieve geneeskunde. Prof. dr. Johan Lammens legde zich als orthopedisch chrirurg toe op bothelende technieken en is expert in distractieosteogenese.