Captain Space-Heart

Lorenzo Moroni van MERLN is coördinator van een Europees consortium dat technologie ontwikkelt om in de ruimte biologische substituten voor hartkamers te creëren met behulp van magnetische en akoestische levitatie. Het onderzoek in het internationale ruimtestation ISS zal voor de nietige bewoners van Moeder Aarde van groot belang zijn.

Waarom in de ruimte, vraag je je misschien af. Omdat alles geweldig is in de ruimte! Maar ook omdat eerste hulp lastiger wordt, nu NASA en ESA van plan zijn om permanent bewoonde basiskampen op de maan neer te zetten. "Het vakgebied biofabricage, waarbij we proberen weefsels te ontwikkelen door op een geautomatiseerde manier cellen en biomaterialen genereren voor therapeutische doeleinden, is al vrij ver gevorderd en die ruimtevaartorganisaties staan open voor steun aan onderzoek waar ze baat bij kunnen hebben," legt Moroni uit.

Voor de hoogleraar Biofabrication for Regenerative Medicine en zijn team heeft de ruimte een zeer praktisch voordeel: dingen zweven er gemakkelijk. "We gaan biologische substituten maken die vergelijkbaar zijn met hartkamers, met behulp van een combinatie van magnetische en akoestische levitatie. Beide methoden zijn afzonderlijk beproefd – magnetische levitatie bestaat al 50 jaar – maar de combinatie is nieuw. Hierdoor kunnen we driedimensionaal met cellen 'bouwen'. Het resultaat is een betere nabootsing van de architectuur van menselijk weefsel dan iets dat in lagen wordt geprint."

Florian Raith

Een ouder wordend hart tussen de sterren

De hartkamers pompen het bloed naar de rest van het lichaam. Onregelmatige contracties van de hartkamers zijn de meest voorkomende oorzaak van een hartstilstand. "Bij een menselijk weefselbiopt zie je cellen en eiwitten. De eiwitten zijn georganiseerd in een soort steigersysteem, specifiek voor het type weefsel. Wij gebruiken een op polymeren gebaseerde gel om die steigerstructuur na te bootsen. De gels zijn zo ontworpen dat ze vervolgens door de cellen kunnen worden afgebroken en vervangen door de natuurlijke eiwitstructuur die door de cellen wordt gevormd."

In deze gel plaatsen Moroni en zijn team de cellen. "We gebruiken stamcellen, die in elk type gespecialiseerde cel kunnen veranderen. In dit geval zijn dat hartcellen voor de bloedvaten, die het weefsel van voedingsstoffen voorzien, en met het hart geassocieerde fibroblasten, die de cardiomyocyten, dat wil zeggen de spiercellen, op hun plaats houden." Het resultaat is een levend weefsel met contracties; dat wil zeggen dat het klopt zoals een hartkamer zou doen.

Geweldig, een ruimtehart! Waarom niet? Maar ook: waarom wel? "In de ruimte is er weinig tot geen zwaartekracht en, nog belangrijker, er is weinig bescherming tegen kosmische straling, die DNA-schade in cellen veroorzaakt. Dat betekent dat weefsels daar veel sneller verouderen. We kunnen de hartkamer gebruiken om de hartfysiologie te bestuderen en dan vooral het verouderingsproces. We zullen ook de effecten onderzoeken van nieuwe geneesmiddelen om verouderingsverschijnselen tegen te gaan. De potentiële impact op de gezondheid van het hart is enorm."

Ruimteonderzoek stimuleert farmaceutische vooruitgang

Deze weefsels zijn gemakkelijker te synthetiseren in de ruimte – zo luidt althans de hypothese –omdat de machines om de magnetische en akoestische velden om levitatie te creëren veel kleiner kunnen zijn: er hoeft immers veel minder zwaartekracht bestreden te worden. Het is ook praktischer om de machines daarheen te vervoeren dan het quasi-levende weefsel zelf. "Uiteraard zien de ruimtevaartorganisaties op termijn ook mogelijkheden om biofabricage in te zetten bij medische noodgevallen onder ruimtereizigers."

Moroni prijst ruimteonderzoek als een stimulans voor technologie in het algemeen. "Ik zie ook mogelijkheden om andere weefsels te bestuderen, zoals botten en spieren. Je kunt zien dat astronauten bij terugkomst moeite hebben met lopen door spieratrofie en op den duur meer kans hebben op botbreuken en osteoporose." Conventionele voor-en-na tests bij astronauten zijn om voor de hand liggende redenen moeilijk en problematisch, dus de voordelen van het bestuderen van biofabricaatweefsel zijn duidelijk (ook voor de astronauten die geen biopsie ondergaan).

Pulse
Beeld door Michela Candotti @INsociety CC BY-SA 4.0

Aftellen duurt niet langer dan 5 jaar

Het klinkt misschien allemaal als ruimtefietserij, maar er zijn concrete plannen. Moroni's project ontving een subsidie van 4 miljoen euro van het Horizon Europe 2027-programma van de Europese Gemeenschap (in het kader van het Pathfinder Open-programma). Dat maakt het mogelijk om de nieuwe bioprinting-technologieën om modellen te maken voor het bestuderen van hartfysiologie aan boord van het internationale ruimtestation (ISS) te brengen.

"De laatste jaren werd samenwerking moeilijker, dus dat gooide de planning in de war, maar tegen de zomer van 2027 moeten we alles in het ISS hebben opgezet." Moroni is al meer dan vier jaar in gesprek met de ruimtevaartorganisaties en heeft ook een interdisciplinair Europees consortium samengesteld met deskundigen op het gebied van straling, microbiologie, microzwaartekracht, farmacologie, fysiologie van astronauten, ruimtevaarttechniek en logistiek.

Moroni is gewend aan interdisciplinair samenwerken, wat volgens hem inherent is aan zijn onderzoeksgebied. Hij werd in zijn wetenschappelijke carrière altijd gemotiveerd door de wens om mensen te helpen. Toen hij opgroeide in Milaan was zijn oom, een cardiothoracaal chirurg, een bron van inspiratie. Enigszins onverwacht zakte hij echter voor het toelatingsexamen voor de artsenopleiding en studeerde in plaats daarvan biomedische techniek, waarbij hij zijn passie voor techniek combineerde met zijn belangstelling voor geneeskunde. Zo betrad hij het relatief nieuwe terrein van de regeneratieve geneeskunde.

Interdisciplinair tot in zijn vezels

Hoewel Moroni zich al meer dan 20 jaar bezighoudt met hartbiologie, heeft hij nog nooit iemand zien sterven aan een hartaanval. Het is in deze geest van bescheiden nieuwsgierigheid dat hij interdisciplinaire samenwerking benadert. "Het is gewoon te gecompliceerd – natuurlijk kun je niet alles tot in detail weten. Moderne wetenschap gaat over dagelijks werken in teams in plaats van dat iedereen in zijn eigen omgeving blijft en elkaar maar één keer per jaar ontmoet op een conferentie." Moroni erkent dat het een enorme uitdaging is om effectief de grenzen van disciplinaire kaders – en persoonlijkheden – te doorbreken, maar vindt dat de wetenschappelijke vooruitgang de inspanning ruimschoots rechtvaardigt. "Als coördinator moet ik het grotere geheel voor ogen houden en mensen eraan herinneren om zich achter het gemeenschappelijke doel te scharen: manieren bedenken om mensen te helpen. Ook al zien we de directe impact van ons werk niet zoals een arts dat ziet, toch is het geweldig om een bijdrage te leveren, om een schakel te zijn in de keten van onderzoek en ontwikkeling tot en met de genezing van patiënten."

Lees ook

Meer nieuws