Gekweekt menselijk bloedvat werkt goed als implantaat

Studie in nierpatiënten laat zien dat de juiste cellen zich in het nieuwe bloedvat nestelen
Uit menselijke cellen kun je in het laboratorium een mal voor een bloedvat kweken dat in het lichaam van nierpatiënten langzaamaan tot een lichaamseigen bloedvat wordt omgevormd. Dat biedt hoop op minder bijwerkingen en minder noodzakelijke ingrepen.
Patiënt aangesloten op een nierdialyse-apparaat. Deze foto is gemaakt in Brazilië waar ongeveer 120.000 mensen afhankelijk zijn van nierdialyse.

Wat hebben nierpatiënten nodig? Een nieuwe nier lijkt het logische antwoord. Maar dat is vaak niet het enige. Veel patiënten die afhankelijk zijn van nierdialyse krijgen ook problemen met hun bloedvaten. Om het aanprikken te vergemakkelijken wordt bij de patiënt in de arm een extra verbinding gemaakt tussen een slagader en een ader. Daarvoor is een nieuw stuk bloedvat nodig. In theorie kan dat ergens anders uit het lichaam van de patiënt worden gehaald, maar in de praktijk laat de zwakke gezondheid van de meeste patiënten dat niet toe.

Andere mogelijkheden zijn bloedvaten van menselijke donoren, van dieren of speciale kunststofbuisjes. In al deze gevallen werkt het geïmplanteerde bloedvat of buisje maar tijdelijk, omdat er afstoting, verstopping of andere problemen optreden. Dan moet de patiënt weer onder het mes en is er opnieuw een stuk bloedvat nodig ter vervanging. En niet alleen nierpatiënten kampen met deze problemen. Ook voor patiënten met hart- en vaatziekten, kankerpatiënten bij wie veel (tumor)weefsel is verwijderd of mensen die een ernstig ongeluk hebben gehad, is grote behoefte aan nieuw materiaal om veilige en langdurig werkzame bloedvaten van te maken.

Synthetische mal

Ons lichaam beschikt over heel veel materiaal om (slag)aderen en bloedvaten van te maken. Een stukje verwijderen en ergens anders gebruiken kan, maar dat kun je niet eindeloos blijven doen. Bovendien moet de patiënt er sterk genoeg voor zijn en dat is meestal een probleem. Je kunt het lichaam echter wel aansporen om zelf nieuwe bloedvaten te vormen.

De beste bron om te zoeken is ons eigen lichaam, want dat is bij uitstek in staat om weefsels en organen te herstellen en te vormen. Dit is het terrein van de regeneratieve geneeskunde, waarin het lichaam met wat hulp van buitenaf wordt aangezet om zelf de schade te herstellen. Die hulp kan een stukje weefsel zijn dat uit lichaamscellen van de patiënt in het laboratorium wordt gekweekt en dan weer in het lichaam wordt geplaatst om zo het herstel een zetje in de goede richting te geven. Deze benadering heeft als nadeel dat het heel moeilijk is om cellen precies in de juiste structuur te laten groeien zodat het ook echt functioneel weefsel vormt.

Een andere benadering is om een afbreekbaar synthetisch materiaal in de juiste vorm te maken en dat in het lichaam te plaatsen als een mal waarop cellen zich hechten en nieuw weefsel zich vormt. Dan heb je wel de benodigde driedimensionale vorm, maar een nadeel hiervan is dat er kans op afstoting en ontsteking dreigt omdat je een lichaamsvreemd implantaat gebruikt. Een combinatie kan ook, zo blijkt nu uit een publicatie in Science Translational Medicine.

Leeg vat

Onderzoekers van twee Amerikaanse universiteiten en het bedrijf Humacyte pakken het stapsgewijs aan. Ze beginnen in het laboratorium met een buisje van degradeerbare kunststof. Daarop brengen ze menselijke mesenchymale stamcellen aan. Dit zijn de stamcellen die in ons lichaam zorgen voor de aanmaak van onder meer bloed-, spier- en bindweefselcellen. Deze cellen op het buisje gaan hun eigen extracellulaire matrix maken – een netwerk van collageenvezels dat zorgt voor structuur en organisatie van het uiteindelijke weefsel. De matrix is de omgeving waarbinnen levende cellen zich netjes ordenen en waarmee ze aan elkaar ‘vastzitten’. Terwijl de matrix wordt gevormd, wordt tegelijkertijd het kunststofbuisje langzaam afgebroken. Als dit proces is voltooid, worden alle levende cellen weer verwijderd, waardoor alleen de extracellulaire matrix in de juiste vorm overblijft, de zogeheten human acellular vessel (HAV).

De HAV (links) nadat de cellen zijn verwijderd en voorafgaand aan implantatie in het lichaam. De vier detailopnamen rechts zijn met een scanning electron microscope (SEM) gemaakt en sterk uitvergroot. De structuur van de matrix komt goed overeen met die in een echt bloedvat.

Deze HAV – die je kunt zien als een leeg, maar wel menselijk bloedvat – wordt vervolgens in het lichaam van de patiënt geplaatst waar het door lichaamseigen cellen wordt ‘gekoloniseerd’ en omgevormd tot een echt, lichaamseigen bloedvat. In hun publicatie presenteren de onderzoekers de resultaten van een studie met 240 nierpatiënten waarbij zo’n HAV is ingebracht. Met zeer goede resultaten. Er treedt geen afstoting of ontsteking op, het bloed stroomt er goed doorheen en de HAV’s raken in de juiste volgorde bevolkt met verschillende lichaamscellen, waardoor de kale mal wordt omgevormd tot een werkzaam bloedvat dat in feite nauwelijks verschilt van de lichaamseigen vaten.

Uitgelicht door de redactie

Biologie
Krijgen we in de toekomst designerbaby’s?

Biologie
‘Uit de hele omgeving krijg je micro-organismen mee’

Scheikunde
‘Ik probeer slimmere materialen te maken’

Carlijn Bouten, hoogleraar cel-matrix interacties aan de Technische Universiteit Eindhoven reageert enthousiast op de studie. “Ik wist dat dit onderzoek gaande was en in ons veld zaten we allemaal te wachten op deze publicatie. Dit is echt een heel mooi en belangrijk resultaat. We kunnen hier veel van leren, over hoe het lichaam omgaat met ingebrachte materialen en hoe het een implantaat omvormt naar lichaamseigen weefsel. Deze studie is wat mij betreft een mijlpaal.”

Omslachtig

Haar enthousiasme is opmerkelijk, omdat Bouten zelf werkt aan puur synthetische materialen die meteen in het lichaam worden geplaatst, zonder er eerst menselijke cellen op te laten groeien. Die benadering past ze onder meer toe om het lichaam zelf een nieuwe hartklep te laten groeien. Dat lijkt vooralsnog heel goed te werken. Is de aanpak van de Amerikaanse groep dan niet nodeloos omslachtig? “Ja, het is omslachtig, maar het voordeel is dat je een mal krijgt die meteen bestaat uit de natuurlijke collageenvezels. Die worden door het lichaam niet als ‘vreemd’ gezien, waardoor je slechts een heel milde respons van het afweersysteem krijgt, die gaandeweg zelfs overgaat in een positieve respons en bijdraagt aan het herstel van het weefsel.”

De voordelen van een synthetisch materiaal zijn volgens Bouten nog steeds relevant. Vooral omdat je bij een synthetisch materiaal zelf de samenstelling bepaalt; je kunt het helemaal naar wens ontwerpen en bijvoorbeeld ook meteen medicijnen opnemen in het materiaal. “Met een synthetisch materiaal heb je veel meer mogelijkheden om het specifiek af te stemmen op een groep patiënten. Zo kun je deze implantaten misschien geschikt maken voor grotere groepen patiënten die bijvoorbeeld ook diabetes of andere ziekten hebben. Een ander groot voordeel van een synthetisch materiaal is dat het veel goedkoper te produceren is, waardoor het voor veel meer patiënten wereldwijd binnen bereik komt.”

Bouten denkt niet in termen van competitie. “Wat het zwaarste weegt, is dat de patiënt geholpen wordt. Ik denk dat de beide benaderingen goed naast elkaar kunnen bestaan en dat het per toepassing verschilt welk materiaal het best werkt. Ik zie deze studie daarom ook als een blauwdruk voor ons werk.”

Bron:

R.D.Kirkton, et al, Bioengineered human acellular vessels recellularize and evolve into living blood vessels after human implantation, Science Translational Medicine (2019), doi:10.1126/scitranslmed.aau6934

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink, en hoort bij het thema Ziekten genezen op Biotechnologie.nl.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden