Kun je in 2090 online een gepersonaliseerd en kloppend hart bestellen?

Het is maar 70 jaar geleden dat voor het eerst menselijke cellen werden opgekweekt in een laboratorium. De cellen van deze donor, de Afro-Amerikaanse Henrietta Lacks, vormen een verhaal op zich. In 1951 werd baarmoederhalskanker vastgesteld bij Henrietta. Tijdens haar behandeling werden, zonder haar medeweten, cellen van de tumor bij haar weggenomen. De tumorcellen bleken uitstekend te groeien in het laboratorium. Doordat ze zich onbeperkt verder kunnen blijven delen, wordt het een 'onsterfelijke' cellijn genoemd. De cellen werden naar Henrietta vernoemd, en de zogenoemde HeLa-cellen zijn onder meer van belang geweest bij het ontwikkelen van het poliovaccin, chemotherapie en klonen. Henrietta’s behandeling was niet succesvol en haar toestand verslechterde, ze stierf op 4 oktober 1951 zonder dat haar familie wist van het bestaan van de HeLa-cellijn. Hoewel dit verhaal een nare bijsmaak heeft –  Oprah Winfrey maakt er op dit moment een film over – heeft onderzoek naar cellen ongelofelijk veel mensen kunnen helpen. 

Wat als we in plaats van 70 jaar terug in de tijd gaan eens zouden doorspoelen naar 2090? Kunnen we dan in een laboratorium volledig opgekweekte organen in iemand plaatsen? Of een kind een nieuw hart geven dat gemaakt is met de eigen stamcellen? 

Van prothesen over contaclenzen tot slimme biomaterialen: manieren om het lichaam te repareren 

De wens om het lichaam te repareren is natuurlijk niet nieuw. Al sinds mensenheugenis worden kapotte lichaamsonderdelen vervangen met protheses, om op deze manier de mechanische prestatie te verbeteren. Zo vonden archeologen een mummy van 3000 jaar oud met een houten teen. Waar vroeger vooral natuurlijke materialen werden gebruikt zoals hout of steen om een lichaam te repareren, werden deze in de recente geschiedenis steeds vaker vervangen door titanium, keramiek en plastics. In de Tweede Wereldoorlog vielen er veel gewonden en gingen veel ledematen verloren. Het gevolg was dat de biomedische technologie zich in sneltreinvaart ontwikkelde. Zo werden er bijvoorbeeld tijdens een medisch onderzoek scherven van perspex - afkomstig uit de verbrijzelde cockpits - gevonden in de ogen van piloten. Toen het artsen opviel dat deze lichaamsvreemde materialen geen ontstekingsreactie veroorzaakten, was dit het begin van de ontwikkeling van de kleine contactlenzen. 

Door de jaren heen zijn de prestaties van biomaterialen steeds sneller verbeterd. Iedere dag zijn er weer nieuwe ontdekkingen van slimme biomaterialen die zelfs met het lichaam kunnen communiceren om zichzelf te repareren. Helaas heb ik dit idee niet zelf bedacht, de natuur voert dit al sinds jaar en dag perfect uit. Als een hagedis zijn staart kwijtraakt, dan is het beestje in staat om na anderhalve maand een nieuwe aan te laten groeien. Om datzelfde effect met onze biomaterialen te kunnen bereiken, maken we gebruik van het 'wondgenezingproces' in ons lichaam. Eigenlijk lijken we als mensen best veel op hagedissen en zijn we vaak in staat om onszelf te herstellen: om een schaafwond te laten genezen, wordt er een enorme keten aan processen in ons lichaam geactiveerd. Bij een klein wondje is je lichaam perfect in staat om het zelf te repareren, maar is een wond te groot dan kan je lichaam zichzelf niet meer repareren. Als biomedisch ingenieur zoek ik naar nieuwe medische oplossingen om het menselijk lichaam te repareren: ik ontwerpen slimme moleculen die kunnen communiceren met de cellen in ons lichaam. We sturen het lichaam dus aan op het allerkleinste niveau: moleculen. Een veel gebruikte vergelijking om aan te geven hoe groot een molecuul is, is dat op één menselijke haar 100.000 moleculen in de breedte passen. Met moleculen bouwen we slimme biomaterialen die kunnen communiceren met de cellen in het lichaam en we stimuleren vaak zelfs het menselijk lichaam om zichzelf te repareren. Denk bijvoorbeeld aan een bloedvat dat dicht kan slippen door aderverkalking (atherosclerose), en dat we zouden kunnen vervangen met een biomateriaal wat uiteindelijk uitgroeit tot een gezond bloedvat met lichaamseigen cellen. Het biomateriaal breekt dan over de tijd af.

Met deze slimme biomaterialen kunnen we het lichaam een handje te helpen tijdens de reparatie. Door deze te verwerken in specifieke vormen - zoals de vorm van een bloedvat of hartklep - kunnen de cellen vanzelf na plaatsing in het lichaam volledig opnieuw uitgroeien tot een lichaamseigen weefsel en het biomateriaal weer laten verdwijnen. Zo kunnen we het lichaam aansturen om uit zichzelf een nieuw bloedvat uit te laten groeien.

Van contactlenzen tot slimme biomaterialen

Laten we onszelf weer even transporteren naar 2090, waar je online bijvoorbeeld een gepersonaliseerd kloppend hart kan bestellen. Daardoor hoef je nooit meer lang op een donororgaan te wachten. Dit klinkt misschien als science fiction, maar kleine kapotte lichaamsdelen kunnen we nu al vervangen. Wat gebeurt er als we in de toekomst echt volledige organen zouden kunnen maken? Zou dit dan leiden tot een eeuwig leven? Een lichaam waarvan we tot in de eeuwigheid de onderdelen kunnen vervangen? 

Zo makkelijk is het natuurlijk niet. Een orgaan is erg complex. Tijdens mijn onderzoek heb ik me laten inspireren door een kloppend hart. Een dynamische beweging in het weefsel. Daarom ontwikkelde ik slimme moleculen voor het biomateriaal dat ook uit zichzelf kan bewegen. Na 4 jaar onderzoek ben ik erin geslaagd om een biomateriaal te ontwikkelen dat moleculair kan inkrimpen en uitzetten op basis van conformatieverandering in de moleculen waardoor de dichtheid in het materiaal kan het materiaal veranderd. Het interessante is dat je geen stroom of batterijen nodig hebt: het biomateriaal beweegt uit zichzelf. Dit is een eerste fundamentele stap richting de ontwikkeling van beweegbare biomaterialen om dynamische bewegingen in een weefsel na te maken, zoals een kloppend hart. Voordat we met een biomateriaal echt organen kunnen maken, moeten we verder bestuderen of deze bouwstenen geschikt zijn om lichaamscellen te laten opgroeien. Dat is waar ik op dit moment mee bezig ben, met onderzoek hopen we iedere dag kleine stapje dichter bij ons doel te komen.

We zijn nog niet beland in 2090 maar de ontwikkeling van biomaterialen is enorm gegroeid. De stap van contactlenzen naar slimme biomaterialen die het lichaam aansturen tot herstel, is gigantisch en er is als het ware een industriële revolutie gaande op topsnelheid in de biomedisch technologie. Op dit moment zijn we al in staat om kleine stukjes weefsels en mini orgaantjes na te maken in het laboratorium. Nu is het de kunst om grotere weefsels of delen van een orgaan na te maken en ze ook écht te laten functioneren zoals het hoort. Op deze manier kun je het leven van veel mensen een heel stuk aangenamer maken. Denk bijvoorbeeld aan kinderen die geboren zijn met een hartafwijking. Als een hartklep ernstig beschadigd is moet die door middel van een operatie worden vervangen door bijvoorbeeld een klep van metaal of kunststof. Je kunt je dus voorstellen dat deze mechanische kleppen niet in staat zijn om met het lichaam mee te groeien en daarnaast moet je levenslang medicijnen slikken. Op dit moment is het al mogelijk om met behulp van onze biomaterialen bloedvaten of hartkleppen in het lichaam te repareren. Op deze manier kunnen we weefsels in het lichaam ook echt meegroeien, net als bij een hagedis.