Hydrogels vormen de perfecte omgeving voor menselijke cellen om te groeien tot weefsels zoals huid, kraakbeen of bindweefsel. Onderzoekers aan de Universiteit Maastricht hebben deze synthetische hydrogels verfijnd en kunnen daarmee menselijk weefsel nauwkeurig nabootsen. Deze synthetische hydrogels kunnen worden gebruikt bij medische behandelingen van beschadigd weefsel, zoals bij huidwonden of een gescheurde knieband. De onderzoekers hebben hun bevindingen recent gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Advanced Materials.
Hoewel hydrogels van nature in het menselijk lichaam voorkomen, kunnen ze ook synthetisch worden gemaakt. Ze kunnen het menselijk lichaam helpen om beschadigd weefsel te herstellen, vervangen of opnieuw op te bouwen. Maar door de aanpassingen vormen hydrogels voor cellen de ideale omgeving om te groeien zoals ze dat in het menselijk lichaam zouden doen. Ze kunnen in 3D worden geprint, wat mogelijkheden biedt om celtherapieën te verbeteren, medicijnen te testen en kleine weefsels te maken.
Merlln-instituut
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."
Het nabootsen van organen en weefels van het menselijk lichaam is niet nieuw. In eerder onderzoek in een laboratorium van het Circulatory Health Research Center van het UMC Utrecht is een mensenhart nagebootst. Aan dat model werd een eiwit toegevoegd om te kijken hoe een ziekte ontstaat en zich ontwikkelt.
Hydrogels & Silly Putty
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. De hydrogels passen zich dus aan het lichaam aan en zijn tegelijkertijd vertrouwd voor de cellen en gedragen zich op dezelfde manier als het speelgoed Silly Putty: ze kunnen worden uitgerekt en samengeknepen zonder te scheuren. Net als Silly Putty zijn ze zelfherstellend en kunnen ze, nadat er krachten op worden uitgeoefend, terugkeren naar hun oorspronkelijke structuur of opnieuw worden gebruikt.
3D-printing maakt hydrogels uniek
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.
