reeks: medtech

Een stukje bot, een nieuwe nier? Even de printer aanzetten

©Mediafin

Binnen enkele jaren maken we in labo’s heupen uit levend materiaal, botten voor een verbrijzeld been of stukjes nier die in het lichaam verder groeien. Weefselbouw is wereldwijd in opmars, en twee Belgische wetenschappers staan mee aan het roer.

‘De weg naar levende reserveonderdelen voor het lichaam ligt open’, zegt Frank Luyten. Hij staat aan het hoofd van Prometheus, een onderzoeksafdeling van de KU Leuven, opgericht in 2006. Het is een bonte verzameling van 60 medische biologen, clinici en ingenieurs. Ze hebben één doel voor ogen: in het labo levend weefsel creëren dat daarna in het lichaam tot bot en gewrichten kan uitgroeien. ‘Het is een interdisciplinaire samenwerking. Op de kruising van meerdere disciplines ontstaan de mooiste innovaties’, zegt hij.

Frank Luyten, co-oprichter van Tigenix en nu hoofd van Prometheus dat de ambitie heeft bot en gewrichten in het labo te kweken. ©Wim Kempenaers

Frank Luyten, reumatoloog van opleiding, heeft 25 jaar ervaring in alles wat met gewrichts- en botherstel te maken heeft. Na een passage van twaalf jaar in de VS was hij de drijvende kracht achter de oprichting van het Leuvense Tigenix. Dat ontwikkelde een technologie om kraakbeendefecten in de knie te herstellen door lichaamseigen cellen op te kweken en in de knie te implanteren. ‘Het werkt. Er zijn al honderden patiënten mee behandeld’, zegt Luyten. Maar de behandeling van 15.000 euro was te duur. Het bleek moeilijk om een terugbetaling te regelen en de technologie geraakte commercieel niet van de grond. ‘De maatschappij wou er niet voor betalen. De boodschap was: ga zwemmen en roeien en vergeet je wekelijkse hardloop van 10 kilometer.’

Klok tikt

Met Prometheus wil Luyten een stap verder gaan en stukken bot en gewrichten kweken. ‘Dat is een stuk complexer’, klinkt het. Voor die ambitie kreeg hij een European Research Grant, een van de meest prestigieuze beurzen in de wetenschappelijke wereld.

©Mediafin

‘Als je een versleten knie of heup hebt, dan krijg je nu een kunstgewricht van plastic’, stelt Luyten. ‘Bij 10 procent van de patiënten leidt dat tot problemen omdat het lichaam die stukken niet accepteert. Zodra je ze in het lichaam inplant, begint de klok bovendien te tikken. De stukken blijven niet eeuwig goed, ze verslijten. Als je ze op je vijftigste krijgt, is de kans groot dat ze niet meegaan tot je dood en dat je de operatie een tweede keer moet ondergaan. Een biologische aanpak waarbij we een gewricht kweken met eigen cellen buiten het lichaam is de oplossing.’

Dat geldt ook voor complexe botbreuken. ‘Doorgaans herstellen breuken op een natuurlijke manier. Bij diabetespatiënten is dat minder het geval. En er zijn breuken die te complex zijn en maar niet willen genezen, zelfs niet na vele operaties. Vaak gaat het om breuken waar 5 of zelfs 10 centimeter van het bot kapot is, na een auto-ongeval bijvoorbeeld. In zo’n geval is een ledemaat een blok aan het been, waardoor een amputatie plots de meest voor de hand liggende keuze wordt. We hebben een patientje van nog geen tien jaar oud die aan een rolstoel is gekluisterd. Wat als we de natuur in een schaaltje nabootsen en doen waar ze op haar limieten botst? Zo gek is dat toch niet. Er bestaat toch ook zoiets als proefbuisbaby’s?’

3D-printing

We hebben een patientje van nog geen tien jaar oud die aan een rolstoel is gekluisterd omdat een breuk maar niet wil genezen. Wat als we de natuur in een schaaltje nabootsen en doen waar ze op haar limieten botst? Zo gek is dat toch niet. Er bestaat toch ook zoiets als proefbuisbaby’s?

‘De technologie komt in een stroomversnelling. We zijn klaar voor een revolutie’, zegt Luyten. ‘We beginnen de bouwstenen van een weefsel te kennen en we weten welke puzzelstukken we moeten gebruiken. We weten welke soort cellen cruciaal zijn, hoe we ze moeten klaarstomen zodat ze met elkaar communiceren, welke hulpmaterialen we nodig hebben om het weefsel een 3D-structuur te geven en hoe we daarvoor 3D-printtechnieken kunnen inzetten. We weten ook hoe we cellen in die structuren moeten zaaien en in welke omstandigheden we alles de tijd moeten geven om te rijpen. Al die kennis zetten we om in de weefselbouwkunde.’

De voorbije tien jaar spendeerde Prometheus zo’n 20 miljoen euro om te geraken waar het nu staat. De kosten lopen alleen maar op. ‘Het duurt lang voor we iets op patiënten kunnen testen’, zegt Luyten. ‘We testen eerst op muizen, konijnen en schapen. Dat is telkens een opschaling. Bij muizen spreken we over weefselstukken van een kubieke millimeter. Bij schapen en mensen al over kubieke centimeters. We hopen binnen twee à drie jaar de eerste testen op mensen te doen. Al weet ik ondertussen dat alles meestal langer duurt dan gehoopt.’

Wereldwijde opmars

Weefselbouw of tissue engineering is wereldwijd in opmars. Dat wetenschappers huid kunnen kweken, is voor brandwondencentra een zegen. Ook de Franse cosmeticareus L’Oréal experimenteert met cosmeticatesten op gekweekte huid. In de Verenigde Staten is een onderzoeker erin geslaagd een urineblaas van een donor volledig te ‘ontcellen’, de overblijvende structuur te bezaaien met patiëntencellen en te implanteren. Het Amerikaanse 3D-printingbedrijf 3D Systems, de eigenaar van het Leuvense Layerwise, heeft een samenwerking getekend met United Therapeutics om samen een functionerende long te maken. Het aantal initiatieven wereldwijd is niet meer bij te houden.

Moonshots

Ook in Nederland is een groot initiatief gestart: REGMED XB. Het wil binnen vijf jaar een kunstpancreas voor jonge diabetespatiënten maken en nierweefsel ontwikkelen voor patiënten die nierdialyses ondergaan. Dat kost jaarlijks tienduizenden euro’s aan de ziekteverzekering. ‘Moonshots’, noemt Clemens Van Blitterswijck het. Hij is de drijvende kracht achter het initiatief, dat zowel van de Nederlandse overheid als van patiëntenorganisaties een bom geld kreeg. ‘Een kant-en-klare nier zal niet voor de eerste tien jaar zijn. Maar je moet er ooit mee beginnen.’

3 miljoen
De Vlaamse regering trekt 3 miljoen euro uit voor het onderzoek naar het kweken van organen. Dat moet zo’n 5 à 8 miljoen euro per jaar worden.

Intussen staat een samenwerking tussen Vlaanderen en Nederland in de steigers. ‘De complexiteit dwingt ons samen te werken. Niemand heeft alle expertise in huis’, zegt Van Blitterswijck. De Vlaamse regering heeft voor volgend jaar 3 miljoen euro aan de kant gezet om het Vlaamse deel van het onderzoek te financieren. Het is de bedoeling dat bedrag de komende jaren op te trekken. ‘De publieke sector heeft een cruciale rol om die nieuwe, industriële revolutie op gang te trekken’, zegt Luyten.

Peter Carmeliet, die zijn expertise in bloedvatvorming ter beschikking stelt voor het kweken van een nier. ©RV DOC

Luyten maakt deel van uit van het grotere, grensoverschrijdende initiatief en hij is niet alleen. Ook de Vlaamse topwetenschapper Peter Carmeliet, die naam en faam verwierf met zijn baanbrekend kankeronderzoek, doet mee. Hij ontrafelde de rol van bloedvaten in kankertumoren en ontdekte hoe de bloedvatvorming stilgelegd kan worden om de groei van tumoren te vertragen of te stoppen. In het Nederlandse kunstnierproject is het de bedoeling om de bloedvatvorming te stimuleren in plaats van te stoppen. ‘Voor complexe organen als een nier heb je leidingen en schakels nodig die de organen aansluiten op het lichaam om voedingsstoffen te leveren aan de cellen. Je moet die bloedvaten meekweken in een orgaan. Dat is nu nog een belemmering’, klinkt het.

Happy few

Prototype van een bioreactor waarin het botweefsel kan groeien. ©Wim Kempenaers

Weefsels en organen kweken is één ding. Maar hoe doe je dat tegen een betaalbare prijs? ‘Het dwingt ons de technologie in eerste instantie in te zetten voor patiënten voor wie er met de bestaande middelen geen hoop op genezing is’, zegt Luyten. ‘De uitdaging is om dat een industriële dimensie te geven. De grondstoffen hebben we, de wetenschappelijke kennis ook, nu het assemblageproces nog.’

‘Dat soort dingen moet betaalbaar zijn. Niet enkel de happy few of een rijke Rus, maar ook een gemiddelde Nederlander of Vlaming moet er een beroep op kunnen doen. Dat is de grote uitdaging in ons domein’, zegt Van Blitterswijck.

De grote uitdaging is om het kweken van weefsels en organen betaalbaar te maken.

‘De helft van de mensen hier zijn inge-nieurs die onderzoek naar productieprocessen doen’, zegt Luyten. ‘Ze ontwikkelen software om alles aan te sturen en processen om het kweekproces automatisch te monitoren met chips en sensoren, zodat ze continu de evolutie van het weefsel kunnen gadeslaan. Zijn de cellen gelukkig? Groeien ze? Moeten we ingrijpen? Ze maken allerhande technologie om te komen tot een productielijn zoals in autofabrieken.’

Orgaanfabrieken

Elders in Leuven, bij de start-up Antleron, wordt de blueprint van hoe zo’n productieproces eruit moet zien in alle luwte verder uitgewerkt. Aan het hoofd van de start-up staat Jan Schrooten, ingenieur materiaalkunde en jarenlang de compagnon van Luyten in Prometheus. ‘Als je met de huidige technologie 1.000 weefsels per dag wil maken, heb je een sporthal vol cleanrooms nodig. Dat is peperduur. Wij willen allerhande technologie en kennis rond cellen, bioreactoren, materialen en 3D-printers bundelen en een proces ontwikkelen in een gesloten circuit. We evolueren op termijn naar een soort weefselfabrieken, al zullen die er niet uitzien zoals Shell in Antwerpen.’

We hebben grote verwachtingen. Eén opmerking wel: dat wil niet zeggen dat mensen minder donororganen moeten afstaan. Dat zou jammer zijn, want we hebben die echt nog nodig.

Het verre einddoel is om orgaantransplantaties te vervangen en komaf te maken met afstotingsverschijnselen en lange wachtlijsten. ‘Dat is de toekomst. De vraag is alleen wanneer dat doel bereikt wordt. Binnen twintig jaar misschien?’, zegt Schrooten. ‘Dat wil niet zeggen dat je als patiënt de ene dag een orgaan kan bestellen en dat dat de volgende dag zal klaarliggen. Je kan de natuur niet zo hard pushen. Het zal altijd enkele weken duren. Tenzij je met cellen van derden werkt, dan kan je in principe wisselstukken op voorraad hebben. Maar daar zijn we nog lang niet.’

Van Blitterswijck besluit: ‘We hebben grote verwachtingen. Eén opmerking wel: dat wil niet zeggen dat mensen minder donororganen moeten afstaan. Dat zou jammer zijn, want we hebben die echt nog nodig.’

Gesponsorde inhoud

Partner content