17 feb. 1999
3 minuten
De oppervlaktestructuur van een medisch implantaat beïnvloedt de reactie van het lichaam. De fysieke eigenschappen (op micro- en nanoniveau) van dat oppervlak bepalen wat cellen gaan doen: hechten, groeien, of in -het geval van stamcellen- uitgroeien tot het gewenste type cel. De Universiteit Twente heeft nu een chip ontwikkeld waarmee je eenvoudig en op grote schaal de invloed van verschillende structuren kunt testen.
Met de chip, waar zes jaar aan is gewerkt, kun je in één keer het effect van 2178 verschillende oppervlaktestructuren onderzoeken in plaats van slechts enkele per keer zoals nu standaard is. Dit betekent dus dat je nu veel sneller het oppervlak met het gewenste effect op de cellen kan vinden.
Cellen lezen een oppervlaktestructuur waar ze op zitten als ‘braille’. Zo bepaalt die structuur hoe lichaamscellen op dat oppervlak hechten en groeien. Als stamcellen een structuur ‘lezen’ specialiseren ze zich in een bepaalde richting. Op het ene oppervlak worden ze bijvoorbeeld botcellen, op het andere spiercellen. Bij weer een andere specifieke structuur blijft de stamcel juist intact en kan hij zich later nog alle kanten op ontwikkelen. Maar in plaats van gewenst celgedrag te stimuleren kun je ongewenst celgedrag ook afremmen (denk aan het inkapselen van implantaten). Tot op heden was het lastig en erg tijdrovend om te testen welke oppervlaktestructuur het meest geschikt is voor een specifiek medisch implantaat.
TopoChip
Onderzoekers van de Universiteit Twente hebben een chip ontwikkeld – de TopoChip – waarmee je zeer snel grote aantallen oppervlakken voor implantaten kan screenen. De chip (van twee bij twee centimeter groot), bevat 4356 vakjes (van 290 bij 290 micrometer), met in totaal 2178 verschillende structuren en kan van elk gewenst materiaal worden gemaakt.
Op de chip worden cellen ‘gezaaid’. Nadat deze gelegenheid hebben gehad om te hechten en groeien, kun je met fluorescentiemicroscopie en biologische signaalstoffen (biomarkers) de cellen in elk vakje afzonderlijk in beeld brengen. Op basis van deze beelden kan je bepalen welk oppervlak het beste resultaat geeft.
De TopoChip is overigens niet alleen geschikt om het effect van oppervlaktestructuren op lichaamscellen te onderzoeken. Hij kan bijvoorbeeld ook worden ingezet om naar het effect op bloedplaatjes of bacteriën te kijken.
158 miljoen combinaties
De structuren op de chip zijn combinaties van drie basisstructuren (een cirkel, een rechthoek en een driehoek). De onderzoekers hebben een bibliotheek met daarin 158 miljoen van die combinaties gecreëerd. Als blijkt dat een bepaalde structuur de cellen in de gewenste richting laat ontwikkelen, kunnen de onderzoekers deze bibliotheek op termijn gebruiken om nieuwe TopoChips maken met verwante structuren. Hiermee kun je dan controleren of er structuren zijn die nog beter geschikt zijn voor het beoogde doel.
PNAS Publicatie
De onderzoekers hebben in totaal zes jaar aan de chip gewerkt. In een artikel op de site van het toonaangevende wetenschappelijke tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) tonen ze aan dat de TopoChip werkt.
Materiomics
Het onderzoek is uitgevoerd onder leiding van wetenschappers van het onderzoeksinstituut MIRA van de Universiteit Twente. Om de technologie beschikbaar te maken voor de markt, is het bedrijf Materiomics. opgericht. Het bedrijf verkoopt de TopoChip zelf niet, maar zal voor haar klanten onderzoeken welke oppervlaktestructuren geschikt zijn voor hun concrete toepassing. Bernke Papenburg, verantwoordelijk voor de dagelijkse leiding van Materiomics en onderzoeker van het eerste uur, vertelt: "We leveren in principe de bouwtekening voor het gewenste oppervlak. Daarnaast kunnen we voor onze klanten onderzoeken hoe je deze structuur bijvoorbeeld verwerkt op een medisch implantaat."
De onderzoekers kregen onlangs een Pre-Seed Valorisation Grant van het Netherlands Genomics Initiative toegekend. Ze krijgen 250.000 euro subsidie om de technologie op grotere schaal commercieel toe te kunnen passen.
Anderen lazen ook
