Bij onderzoeksinstituut MERLN toveren wetenschappers met regeneratieve geneeskunde. Ze ontwikkelen behandelingen die helpen om zieke cellen, weefsels en organen weer goed te laten werken. Ontmoet de wetenschappers van MERLN en verwonder je over een aantal van hun meest indrukwekkende projecten.
MERLN's HQ aan de Universiteitssingel 40 in Maastricht.
Wat als een ernstige botbreuk zichzelf kon herstellen? Hoe zou het zijn als dierproeven niet meer nodig zijn, omdat we organen in het lab kunnen namaken? En wat als we niet alleen begrijpen waaróm we ouder worden, maar het proces zelfs kunnen stoppen?
Het klinkt misschien als sciencefiction, maar dankzij MERLN zijn dit soort doorbraken dichterbij dan we denken.
De volledige naam van het onderzoeksinstituut is ‘MERLN Institute for Technology-Inspired Regenerative Medicine’. Regeneratieve geneeskunde is een nieuwe manier van behandelen die helpt om zieke cellen, weefsels en organen weer gezond te maken of te vervangen. Bijvoorbeeld bij hartproblemen, nierziektes of gebroken botten en gescheurde pezen. Daarbij wordt gebruikgemaakt van het herstellend vermogen dat het lichaam al heeft.
Bij MERLN werken onderzoekers met uiteenlopende achtergronden samen aan nieuwe technieken – van scheikundigen tot biomedische ingenieurs. Ook is MERLN erg internationaal: de onderzoekers komen uit meer dan dertig verschillende landen!
Die diversiteit zou voor afstand kunnen zorgen, maar bij MERLN gebeurt juist het tegenovergestelde. Er is een hechte, levendige community, waarin collega’s elkaar makkelijk weten te vinden.
Elke vrijdag delen onderzoekers bijvoorbeeld hun nieuwste inzichten tijdens presentaties, terwijl ze samen lunchen. Zo blijft iedereen betrokken bij elkaars werk.
Wat als beschadigde pezen en botten zichzelf zouden kunnen herstellen? Hoe ernstig de breuk ook is? Daar werkt Carlos Peniche aan.
Zijn onderzoek heeft als doel de moleculaire mechanismen te begrijpen die ervoor zorgen dat de weefsels van het bewegingsapparaat zichzelf herstellen. Met die inzichten wil hij dat proces sneller en beter maken.
Peniche onderzoekt het gebruik van constructies van speciaal kunststof of biologisch materiaal om pezen en botten na te bootsen.
Hierin plaatst hij stamcellen samen met speciale moleculen. Deze combinatie geeft de cellen vervolgens een seintje om uit te groeien tot nieuw bot, peesweefsel of bindweefsel.
Carlos Peniche
Een student van Peniche werkt aan een constructie van echt botmateriaal.
Deze levende cellenconstructie wordt in het lichaam geplaatst – precies op de plek van de beschadiging. Daar gaan de cellen aan de slag om nieuw weefsel te maken.
Peniche werkt ook samen met andere onderzoekers aan het gebruik van echt botmateriaal, in plaats van kunststof. Door de constructies van bot te maken, wordt de slagingskans van de behandeling groter.
Als iemand een erg complexe botbreuk heeft, kunnen artsen soms weinig meer doen. Een gebroken arm of been moet dan geamputeerd worden. Mede dankzij dit soort onderzoek is dit straks misschien niet meer nodig.
Van links naar rechts: een constructie van 3D-geprint kunststof, een exemplaar van botmateriaal en kunstmatige entheses (aanhechtingen waarmee pezen aan het bot vastzitten).
Doorsnede van een rattenbot dat met entheses aan een pees vastzit.
Peniche’s onderzoek kan ook bestaande behandelingen verbeteren. “Geen enkel ongeluk is hetzelfde”, zegt Peniche. “Iedere verwonding of blessure zou een op maat gemaakte aanpak moeten krijgen. Daar werken wij aan.”
Apparaat dat Peniche gebruikt om cellen te kunnen 'lezen'. Daardoor kan hij zien of weefels daadwerkelijk weer gezond worden.
Om goed onderzoek te kunnen doen bij MERLN, hebben wetenschappers materialen nodig die zo dicht mogelijk bij echt menselijk weefsel komen.
Daarom werken ze vaak met hydrogels: polymeren die veel water bevatten, net als de weefsels van het menselijk lichaam. Anna Pierrard onderzoekt hoe ze deze hydrogels levensecht kan maken.
Anna Pierrard
“In mijn onderzoeksgroep proberen we dynamische hydrogels te ontwikkelen”, vertelt Pierrard. “Dat zijn gels waarvan de eigenschappen in de loop van de tijd kunnen veranderen. Net als in het menselijk lichaam, waar weefsels altijd in beweging zijn en zich aanpassen.”
Pierrard draagt een container vloeibare stikstof, dat ze in het lab gebruikt om oplossingen of vloeistoffen snel af te koelen.
Deze hydrogels zijn kleurloos, maar speciaal voor foto's geeft Pierrard er een leuk kleurtje aan. Zo zijn ze beter zichtbaar.
Onderzoekers kunnen hydrogels meer op een bepaald soort weefsel laten lijken door ze zachter of stugger te maken. Kraakbeen voelt immers heel anders aan dan een nier.
Het uiteindelijke doel is om hydrogels in het lichaam te plaatsen om beschadigd of verloren weefsel te vervangen. Bijvoorbeeld kraakbeen in de knieën, dat zichzelf niet kan herstellen.
Jaehyeon Kim wil vrouwen helpen die moeite hebben om zwanger te worden. Met haar onderzoek maakt ze in de toekomst betere zorg voor hen mogelijk. Kim focust zich op de eileiders, een deel van het vrouwelijk lichaam dat nog relatief weinig is onderzocht.
“Er is altijd veel onderzoek gedaan naar de baarmoeder, omdat de baby daar groeit”, zegt Kim. “Maar de bevruchting vindt plaats in de eileider. Op die plek ontmoeten de eicel en de spermacel elkaar. En daar ontstaan juist vaak complicaties, bijvoorbeeld door infectieziekten zoals soa’s.”
Jaehyeon Kim
Kim controleert of de vloeistoffen in haar eileidermodel niet per ongeluk lekken.
Kim bestudeert momenteel de isthmus, het eerste deel van de eileider dat het dichtst bij de baarmoeder ligt. Om dit te doen, ontwikkelt ze een model van de eileider gemaakt van hydrogel. Dat gebruikt ze om te onderzoeken hoe soa’s het weefsel beïnvloeden. Die inzichten kunnen leiden tot nieuwe en betere behandelingen.
Kim gebruikt een CNC-machine om een kunststof mal te maken voor haar modellen.
Kim hoopt dat deze resultaten er op een dag voor zorgen dat sommige vrouwen een ivf-behandeling kunnen vermijden. Kim: “Ivf kan een goede oplossing zijn, maar het slagingspercentage is relatief laag, het is duur en het kan emotioneel erg belastend zijn. Daarom hopen we de oorzaak van sommige vruchtbaarheidsproblemen te achterhalen, zodat we die kunnen behandelen.”
Een mal voor het aanbrengen van patronen op hydrogel, zodat het qua structuur lijkt op de binnenkant van een eileider.
Het is belangrijk om te onderzoeken hoe menselijke embryo’s zich ontwikkelen. Wetenschappers willen bijvoorbeeld begrijpen hoe een lichaam groeit als alles goed gaat, maar ook wat er gebeurt als er iets mis is.
Dit soort onderzoek kun je niet zomaar met echte embryo’s doen, omdat dat ethische vragen oproept. Daarom gebruiken Anna Peeters en Leila Ashtar andere methoden. Ze maken eenvoudige modellen in het laboratorium die lijken op verschillende stadia van een embryo. Hiervoor gebruiken ze stamcellen.
Naast de ontwikkeling kijken ze naar de invloed van chemicaliën, schadelijke stoffen en medicijnen op de vroege ontwikkeling van een embryo. Met deze kennis hopen ze vruchtbaarheidsbehandelingen, zoals ivf, in de toekomst te verbeteren.
Leila Ashtar en Anna Peeters
De vellen kunststof die Peeters en Ashtar gebruiken zijn maar 0,05 millimeter dik.
Hun onderzoeksgroep werkt aan op maat gemaakte hulpmiddelen voor het kweken van cellen. Zoals dunne kunststofvellen met groefjes erin, die nog kleiner zijn dan een mensenhaar. In deze groeven kunnen ze een bepaalde hoeveelheid stamcellen plaatsen, zodat er clusters ontstaan.
Door een specifieke cocktail van chemicaliën groeien de clusters van stamcellen uit naar structuurtjes die een ontwikkelingsstadium nabootsen. Bijvoorbeeld een blastocyste rond vijf tot zes dagen na de bevruchting.
“Dit is een van de weinige technieken die ervoor gezorgd hebben dat we voor het eerst verschillende onderdelen van de vroege ontwikkeling van menselijke embryo’s konden onderzoeken, zonder echte embryo’s te gebruiken”, zegt Ashtar. “Dit opent deuren voor meer uitgebreid onderzoek.”
Ashtar houdt de meestermal vast voor het maken van de celplatformen.
Meestermal voor de celplatformen.
Ezgi Çevik ontwikkelt een wel heel bijzondere 3D-printer. Daarmee kan ze straks namelijk hartweefsel printen. Maar dat is geen eenvoudig proces.
Om losse hartcellen samen te brengen tot een complex weefselgeheel, gebruikt ze een combinatie van magneten en geluidsgolven.
Ezgi Çevik
De printer van Çevik moet MERLN helpen om organoïden te maken. Dat zijn kleine modellen van organen, gemaakt uit meerdere stamcellen. Die gebruiken ze om ziektes na te bootsen en behandelingen te testen. “Op dit moment focus ik me op het hart”, zegt ze. “Maar uiteindelijk kun je met mijn apparaat alle weefsels van het lichaam printen.”
Çevik laat een van de technieken zien waarmee ze cellen kan laten zweven.
Çeviks 3D-printer gebruikt twee aparte technieken om de cellen bij elkaar te brengen: magnetische en akoestische levitatie.
Met akoestische levitatie gebruikt ze geluidsgolven om dat te doen. “Als twee geluidsgolven met dezelfde eigenschappen naar elkaar toe reizen, kun je deeltjes tussen de golven laten zweven”, zegt ze. “Hierdoor kun je ze samen vangen en zelfs bewegen.”
Akoestische levitatie van een bolletje piepschuim.
De buizen met kamers die Çevik gebruikt bij magnetische levitatie.
Bij magnetische levitatie maakt de onderzoeker gebruik van magneten. “Ik plaats de cellen in een kamer tussen twee ringmagneten met dezelfde polen die naar elkaar wijzen”, legt Çevik uit. “Daardoor zweven ze naar het midden toe en komen daar bij elkaar.”
Het hart van een baby werkt anders dan dat van een 65-jarige. Cellen veranderen als we ouder worden. Omdat hartproblemen vaak op latere leeftijd spelen, is het belangrijk om onderzoek te doen op volwassen hartweefsel. Maar weefsel dat in het lab gemaakt wordt, moet op natuurlijke wijze ouder worden, wat tientallen jaren duurt.
Daarom werkt Alix Lemaître aan manieren om direct volwassen hartweefsel te maken. Haar collega João da Silva Ribeiro gaat nog een stap verder: hij onderzoekt hoe ze weefsel kunnen ontwikkelen dat lijkt op dat van mensen op latere leeftijd.
João da Silva Ribeiro en Alix Lemaître
Met deze nieuwe hartmodellen kunnen onderzoekers medicijnen en behandelingen gerichter testen. Daarom richt Da Silva Ribeiro zich op het ontrafelen van het verouderingsproces. Waarom worden we ouder? Wat veroorzaakt dat? En hoe kun je dat proces in het lab nabootsen?
Lemaître bestudeert een hartorganoïde: stamcellen die samen een kloppend mini-hart worden.
“Daar weten we nog verrassend weinig van”, zegt hij. “Als we beter begrijpen hoe veroudering werkt, kunnen we manieren vinden om het te vertragen of te stoppen. Dat kan veel betekenen voor alle ouderdomsgerelateerde ziektes. En wie weet? Misschien kunnen we het proces ooit zelfs terugdraaien.”
Een incubator met ronddraaiende flessen met cellen. Doordat de cellen ronddraaien, kunnen ze sneller groeien.
Een onderzoeker geeft de cellen hun dagelijkse portie voedingsstoffen.
