Biomateriaal doodt botkankercellen – en laat bot weer 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.