ENGINEERINGNET.BE - ‘Cellen voelen en reageren op de geometrie van de oppervlakken waaraan ze worden blootgesteld,' zegt Amir Zadpoor, hoogleraar Biomaterialen en Weefselbiomechanica bij TU Delft. 'Afhankelijk van hun kromming moedigen oppervlakken cellen aan om nieuw weefsel te maken of weerhouden hen ervan dit te doen.’
In petrischalen lieten de onderzoekers botcellen groeien, omgeven door kleine vormpjes gemaakt van biomateriaal. Afhankelijk van de krommingen in de vormpjes, hadden de cellen de neiging om op verschillende manieren te groeien, zich te delen en weefsel te vormen.
Mede-onderzoeker Lidy Fratila-Apachitei: ‘Cellen geven de voorkeur aan een zadelvorm. Als ze een zadelvorm in de buurt waarnemen, wordt groei gestimuleerd. Uit de studie blijkt ook dat cellen dalen verkiezen boven heuvels.’
‘Stimulerende krommingen, die gemaakt zijn door een 3D-printer, zijn een makkelijke, goedkope en veilige manier om weefselgroei te bevorderen,’ aldus Zadpoor.
Collega Sebastien Callens voegt toe: ‘Cellen hebben ook een skelet, dat bestaat uit vezels die meer of minder op spanning staan. Hoe de spanning zich opbouwt in die vezels, beïnvloedt het gedrag van cellen sterk. Het blijkt dat cellen hun spanningsvezels collectief afstemmen op de krommingen die ze ervaren, zodat ze zo min mogelijk hoeven te buigen. Ik kon zien dat cellen liever languit uitlijnen dan buigen.’
Je kunt niet alleen zadelvormige krommingen rond cellen hebben. Zoals de drie hoeken van een driehoek altijd samen 180 graden bedraagt, moet ook de som van alle krommingen gelijk zijn aan enkele fundamentele getallen.
‘Er is altijd een beperkt budget aan zadelvormen,’ zegt Zadpoor. ‘Als je ergens te veel negatieve kromming gebruikt, moet je ergens anders positieve krommingen gebruiken om de som constant te houden. Je moet je budget aan zadelkrommingen verstandig gebruiken om maximale weefselregeneratie te stimuleren.’
De studie biedt een leidraad voor de optimale geometrie van biomaterialen en implantaten om de weefselregeneratie te maximaliseren. De benodigde complexe geometrische ontwerpen worden met nauwkeurige 3D-printtechnieken gemaakt, om de vormen zo klein te maken dat ze voor cellen waarneembaar zijn.
Callens: ‘We hebben nu nieuwe spelregels ontdekt waarmee biomaterialen weefselgroei kunnen stimuleren. In vervolgonderzoek gaan we proberen die regels optimaal toe te passen.’
