Echt kraakbeen uit de bioprinterEchtkraakbeenuitdebioprinter

Is kraakbeen verdwenen, dan groeit het niet gemakkelijk terug

Is kraakbeen eenmaal verdwenen, dan groeit het helaas niet gemakkelijk meer terug. Het gewricht beweegt daardoor minder soepel en de wrijving neemt toe. De botuiteinden worden minder goed beschermd en kunnen in een vergevorderd stadium zelfs tegen elkaar gaan schuren. Dat kan bij iedere stap of beweging pijn doen.  

Veel pijn, maar te jong voor een kunstgewricht

In Nederland leven ongeveer 1,7 miljoen mensen met artrose; het merendeel heeft klachten aan knieën en heupen. Maar artrose komt ook voor in schouders, enkels, handen en zelfs kaakgewrichten. 

Door de vergrijzing zal dat aantal de komende decennia sterk toenemen. Voor een deel van deze mensen zijn de behandelmogelijkheden beperkt. Pijnstillers kunnen de klachten tijdelijk verminderen, maar herstellen het beschadigde kraakbeen niet. En een kunstgewricht is niet voor iedereen de beste oplossing, zeker niet voor mensen die relatief jong zijn. Omdat een prothese gemiddeld maar een beperkt aantal jaren meegaat, proberen artsen die zo lang mogelijk uit te stellen. Intussen kunnen de pijn en beperkingen steeds verder toenemen.

Juist voor deze groep mensen zoeken onderzoekers naar nieuwe gewrichtsbesparende oplossingen. Wat te denken van een biologisch implantaat, opgebouwd uit levende kraakbeencellen?

Een gewricht herstellen in plaats van vervangen

Binnen het onderzoeksproject LS-CarE werken onderzoekers, artsen, technici, bedrijven en ReumaNederland samen aan een fundamenteel andere aanpak. Onder meer UMC Utrecht, de Universiteit Utrecht, de Technische Universiteit Eindhoven en het Leids Universitair Medische Centrum bundelen hiervoor hun kennis. Ook Fontys Hogeschool Utrecht, Universiteit Leiden en Hogeschool van Leiden werken mee.
Hun doel is niet om een beschadigd gewricht te vervangen door een kunstgewricht, maar om nieuw, levend en lichaamseigen kraakbeen te maken dat beschadigd kraakbeen kan herstellen. 

Enorme uitdaging: levend kraakbeen maken

Dat is een enorme uitdaging. Kraakbeen bevat nauwelijks bloedvaten en herstelt zichzelf vrijwel niet. Daarom onderzoeken de wetenschappers hoe zij levend kraakbeen kunnen maken dat sterk genoeg is om in een gewricht te functioneren.

Alles begint met de juiste cellen

De eerste stap is het maken van geschikte kraakbeencellen.

In de huidige praktijk worden daarvoor vaak kraakbeencellen van de patiënt zelf gebruikt. Dat werkt niet altijd goed: er zijn meestal maar weinig cellen beschikbaar en de kwaliteit verschilt per persoon.

Het instrueren van stamcellen 

De onderzoekers van LS-CarE werken daarom aan een alternatief. Zij gebruiken stamcellen. Deze cellen zijn als het ware 'blanco', en kunnen zich ontwikkelen tot verschillende gespecialiseerde lichaamscellen. Met de juiste signalen en instructies kunnen ze de stamcellen dan laten uitgroeien tot kraakbeencellen.

Van losse cellen naar miniweefsels

Met losse cellen kun je nog geen heel gewricht herstellen. De onderzoekers moeten de kraakbeencellen daarom eerst laten uitgroeien tot kleine stukjes kraakbeen. Deze miniweefsels vormen dan de basis voor een groter implantaat.

De onderzoekers willen daarbij natuurlijk wel zeker weten dat de cellen veilig zijn én zich straks gedragen zoals gezond kraakbeen. Ook onderzoeken zij hoe ongewenste afweerreacties kunnen worden voorkomen.

Een implantaat uit de 3D-bioprinter

Vervolgens moeten de miniweefsels samen een implantaat gaan vormen dat precies past bij het gewricht van een patiënt.

Met behulp van 3D-bioprinting wordt levend materiaal laag voor laag opgebouwd. Een zachte gel met daarin de miniweefsels vormt de 'inkt' van de printer. Dunne, biologisch afbreekbare vezels zorgen voor extra stevigheid, zodat een sterk implantaat ontstaat.

Implantaat leren om zich te gedragen als kraakbeen

Na het printen is het kraakbeen nog niet klaar. Het implantaat gaat opnieuw een bioreactor in, waar het wordt blootgesteld aan druk en beweging. Zo leert het zich gedragen zoals gezond kraakbeen dat in een gewricht doet.

Uitgebreide studies naar veiligheid 

Hoewel de technologie veelbelovend is, is deze behandeling nog niet beschikbaar voor patiënten.

Onderzoekers werken eerst aan de ontwikkeling van goed functionerend kraakbeen. Daarna moeten uitgebreide studies aantonen dat de behandeling veilig en effectief is voordat zij in de zorg kan worden toegepast.

Dat kost tijd, maar is noodzakelijk. Veiligheid staat altijd voorop.

Unieke samenwerking: van het ene naar het andere lab

Aan LS-CarE doen onderzoekers uit heel Nederland mee. In de laboratoria werken bovendien promovendi uit allerlei landen. 

De ene onderzoeksgroep ontwikkelt de stamcellen, de andere maakt er miniweefsels van en weer een andere onderzoekt hoe die met 3D-bioprinting kunnen uitgroeien tot een implantaat. Soms worden de cellen daarbij letterlijk van het ene laboratorium naar het andere gebracht, waar de volgende stap in het proces plaatsvindt.

Samen hebben de onderzoekers één doel: het ontwikkelen van een écht kraakbeenimplantaat dat beschadigde gewrichten in de toekomst mogelijk kan herstellen.

Voor mensen met artrose zou dat een belangrijke stap kunnen zijn. Niet alleen om pijn te verminderen, maar vooral om weer vrijer te kunnen bewegen, werken en deelnemen aan het dagelijks leven.