ENGINEERINGNET.BE - De extracellulaire matrix (ECM) bestaat uit langgerekte vezels die stevigheid en structuur bieden aan weefsels, en zorgen voor overdracht van chemische signalen aan de cel.
Ook bepalen de eigenschappen van de ECM wat een cel gaat doen: een zachte ECM leidt tot zacht weefsel, zoals hersenen, en een stijvere ECM tot bijvoorbeeld botweefsel.
Met in-vitro weefselmodellen is het mogelijk om regeneratieve celtherapieën te verbeteren en medicijnen te testen. Om goede weefselmodellen te maken, is het nodig om de ECM nauwkeurig na te bootsen.
Promovenda Laura Rijns van TU Eindhoven onderzocht daarom hoe de ECM is na te maken met supramoleculaire hydrogels. Deze gels bestaan uit moleculen die zwakke, reversibele verbindingen met elkaar aangaan om zo langere, vezelachtige structuren te vormen.
"Dat betekent dat ze bij elkaar worden gehouden, maar niet echt aan elkaar vastzitten. Er kunnen dus continu nieuwe verbindingen ontstaan en weer afbreken”, stelt Rijns. "Zo kunnen we moleculen inbouwen met verschillende biofunctionaliteit om celgedrag te beïnvloeden.”
Een van de uitdagingen is het bij elkaar brengen van het materiaal en de cellen. “Je kunt de cellen niet zomaar met de gel mengen, dat is namelijk een redelijk vaste structuur. Het mengen van materiaal en cel moet dus gebeuren als het nog een vloeistof is”, aldus Rijns.
“Door te spelen met de temperatuur, pH, concentratie en crosslinker-moleculen kun je de cellen en het materiaal mengen, beide als vloeistof. Door uiteindelijk een crosslinker-molecuul toe te voegen, geleert het materiaal met de cellen erin.”
Ook onderzocht Rijns hoe je de mechanische, dynamische en bioactieve eigenschappen van supramoleculaire hydrogels kunt beïnvloeden om zo de cel-materiaal-interactie te begrijpen en te controleren.
“Bij bioactiviteit hebben we bijvoorbeeld gekeken of het uitmaakt welk type ligand we aanbieden. Voor darmweefsel heb je bijvoorbeeld een ander soort ligand nodig dan bij nierweefsel.”
Op basis van deze informatie heeft ze ontwerpregels opgesteld voor elke matrixeigenschap die de cel-materiaal-interactie beïnvloedt.
“Als je van enkele cellen weefsels gaat kweken in het lab, dan kun je dat nu veel beter doen, omdat je weet hoe dynamisch de matrix moet zijn, wat voor bioactiviteit je nodig hebt of hoe stijf de matrix moet zijn. Dankzij deze richtlijnen kunnen we ervoor zorgen dat een bepaald type cel uitgroeit tot een bepaald weefsel of een mini-orgaantje."
De promovenda hoopt dat de ontwerpregels andere onderzoekers handvatten bieden voor het sturen van de cel-materiaal-interactie, ook als ze andere biomaterialen gebruiken.
De ontwerpregels kunnen ook bijdragen aan de ontwikkeling van complexere weefsels voor medicijnscreening met patiënt-eigen weefsel en weefseltransplantatie zonder afstotingsgevaar.
Deze regels zijn tevens toepasbaar in andere velden, zoals bio-elektronica. Hierbij worden elektronische materialen ontwikkeld die je bijvoorbeeld onder je huid kan dragen.
