Institute for Technology-Inspired Regenerative Medicine (MERLN)

Biomateriaal doodt botkankercellen – en laat bot weer aangroeien

Sabine van Rijt van MERLN heeft de prestigieuze ERC Consolidator Grant gewonnen voor haar onderzoeksproject Nano4Bone. Zij wil een nieuw type biomateriaal ontwikkelen voor patiënten met botkanker. Het composietmateriaal op basis van nanodeeltjes en polymeren doodt kankercellen en instrueert het lichaam om chirurgisch verwijderd bot weer te laten aangroeien.

Osteosarcoom is een relatief zeldzame bottumor die grote gevolgen heeft voor het welzijn van patiënten. Deze tumor komt meestal voor in de grotere botten in ons lichaam. Vaak moeten grote delen van het aangetaste bot operatief worden verwijderd, terwijl de resterende tumorcellen met bestraling of chemotherapie worden vernietigd. Het is moeilijk, vaak zelfs onmogelijk, om het bot na deze ingrepen te herstellen en er bestaat een grote de kans dat de kanker terugkeert.

Om  deze problemen te kunnen aanpakken, ontwikkelt Sabine van Rijt een nanocomposiet biomateriaal dat bestaat uit een hydrogel en nanodeeltjes. "Hydrogels zijn organische polymeren die vergelijkbare eigenschappen hebben als menselijk weefsel; ze bevatten veel water en zijn ook vrij zacht." Hydrogels kunnen worden gebruikt voor toepassingen met zacht weefsel zoals huid, voor stijver weefsel zoals botten zijn de hydrogels meestal niet geschikt.

Zelfhelende hydrogels

Hydrogels kunnen zo worden gemaakt dat zij zelfhelende zijn. Nadat de bindingen tussen de polymeren zijn verbroken, hetzij op natuurlijke wijze, hetzij door bepaalde prikkels, hervormt de gel zich volledig zonder zichtbare breuken; het bot groeit weer aan. "Bij weefselmanipulatie en regeneratieve geneeskunde is dit nuttig, omdat  dit het genezingsvermogen van menselijk weefsel nabootst. Het weefsel kan zijn omgeving hermodelleren." Een ander voordeel van zelfhelende hydrogels is dat ze in de beschadigde plek kunnen worden geïnjecteerd en in elke vorm kunnen worden hervormd om het ontbrekende weefsel te vervangen. Na verloop van tijd zou het materiaal moeten afbreken en worden vervangen door menselijk weefsel.

Het project van Van Rijt is innovatief in het gebruik van anorganische nanodeeltjes waar composietmaterialen mee worden gevormd. "Ook al zijn ze heel klein, ze hebben een groot oppervlak en die eigenschap gebruiken we om meerdere bindingen te vormen met de polymeren van de hydrogel. Dat maakt de gel veel stijver. Tegelijkertijd zijn deze bindingen omkeerbaar." Uit voorlopige gegevens blijkt dat de nanodeeltjes de hydrogel enorm versterken, zonder de zelfhelende eigenschappen te verzwakken. "We willen de zelfhelende materialen optimaliseren door de bindingskinetiek te regelen, dus de snelheid manipuleren waarmee deze bindingen zich vormen en afbreken."

De nanodeeltjes kunnen het composietmateriaal ook extra eigenschappen geven. "Ze zijn zeer bioactief; dat betekent dat ze een signaal afgeven aan het omringende weefsel om de botvorming te bevorderen." Als het materiaal afbreekt, komen de nanodeeltjes vrij, deze worden opgenomen door cellen en stimuleren daar de weefselvorming. Op die manier wordt het materiaal geleidelijk vervangen door echt bot. 

Fundamenteel onderzoek

Het is Van Rijt is ook gelukt om nanodeeltjes zo aan te passen dat ze anti-osteosarcoom-eigenschappen hebben. "We kunnen deeltjes maken die zeer gericht zijn op botkankercellen, zonder al te giftig te zijn voor andere cellen, waardoor het een selectief chemotherapeutisch effect heeft. We hopen één soort nanodeeltje te ontwikkelen dat de resterende osteosarcoomcellen doodt en een tweede type dat de botgroei bevordert. Idealiter komen ze na elkaar vrij. Bij deze patiënten hoeft het toedienen geen probleem te zijn; direct na het verwijderen van het zieke bot kunnen chirurgen het tweede type materiaal aanbrengen."

De nanocomposiet biomaterialen worden ontwikkeld voor toepassing bij botkanker, maar het project doet ook fundamenteel onderzoek naar de mechanismen van deze nieuwe materialen voor een veel breder scala aan toepassingen in de biomedische wetenschap. In Nano4Bone, dat ook een prima naam zou zijn voor een R&B-kwartet, komen veel van Van Rijts onderzoekslijnen samen.

Hindernisbaan

Haar wetenschappelijke loopbaan was allesbehalve lineair en voerde haar van Leiden naar Vancouver, Edinburgh, Warwick en München. Dit was inclusief een jaar weg van de wetenschap én een verandering van vakgebied. Het begon allemaal niet voorspoedig. Als atypische leerling had Van Rijt nogal gemiddelde cijfers op de lagere school en werd ze ontmoedigd om voortgezet onderwijs op het hoogste niveau te gaan volgen. Uit gemakzucht koos ze daarna op de middelbare school voor een economisch profiel.

"Toen realiseerde ik me dat ik veel meer geïnteresseerd was in wetenschap, dus heb ik op de middelbare school een extra jaar gedaan, waarin ik me concentreerde op alle bèta- en technische vakken." Hierdoor kon ze naar het hbo, waar ze graag experimenten uitvoerde, en interesse kreeg in het begrijpen van de onderliggende werking. Door het eerste jaar met succes af te ronden kon ze naar de universiteit waar zij scheikunde ging studeren.

Na haar promotie en een postdoc in de anorganische scheikunde, werkte ze voor de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO). Maar het bloed kroop waar het niet gaan kon: ze volgde haar passie voor wetenschappelijk onderzoek en kwam naar de UM om bij MERLN aan de slag te gaan. Hoewel dit wel een grote uitdaging betekende, was het ook motiverend. "Ik hou van fundamentele wetenschap, maar het is ongelooflijk inspirerend om het doel ervan te zien: hoe dit het leven van mensen zal verbeteren."

Luister naar je hart

Met de prestigieuze ERC Consolidator Grant van twee miljoen euro voor vijf jaar kan ze nog vijf onderzoekers werven, naast de zes promovendi die ze al begeleidt. "Ik vond de leiderschapscursussen waarin de UM heeft geïnvesteerd echt nuttig voor het omgaan met alle uiteenlopende taken, waaronder lesgeven, managen en administratie."

Van Rijt waardeert de erkenning die ze krijgt voor het winnen van de beurs, maar wijst er ook op dat dit niet de enige manier is om succesvol te zijn, en dat het sowieso pas lukte na een hele reeks niet-toegekende aanvragen. "Eerlijk gezegd was het niet makkelijk om te komen waar ik nu ben en er waren momenten dat ik overwoog om er helemaal mee te stoppen." Ze noemt interne motivatie als de belangrijkste factor om om te kunnen gaan met het harde werk en de onvermijdelijke tegenslagen. "Je moet doen waar je hart bij ligt. Het kost zoveel energie om het vol te houden, dus besteed zoveel mogelijk tijd aan onderzoek waar je energie van krijgt."

Lees ook

  • “Ik ben er trots op dat onze nieuwe groep Circular Plastics het eerste volledig eigen onderzoek publiceerde”, zegt Kim Ragaert. Drie jaar geleden, bij haar start in Maastricht, zette ze de onderzoeksgroep op. Inmiddels staat ze aan de basis van menige innovatie op het gebied van plasticrecycling en...

  • Mayke Oosterloo is bewegingsstoornissen neuroloog in het Maastricht UMC+ en onderzoeker bij instituut MHeNs van Maastricht University. Op de poli en in verschillende verpleeghuizen in Limburg begeleidt en behandelt ze patiënten (en hun naasten) met de ziekte van Huntington

  • Bloedprikken, een infuus aanleggen of in het oor kijken; zelfs ogenschijnlijk eenvoudige medische handelingen kunnen bij kinderen angst, pijn en stress veroorzaken. Volgens kinderarts-intensivist Piet Leroy zijn comfort en vertrouwen net zo belangrijk als de medische behandeling zelf. Hij onderzoekt...