Had Van Gogh in de toekomst geleefd, dan zou de medische wetenschap wel raad hebben geweten met dat afgesneden oor: gewoon weer even aan laten groeien. Er is steeds meer kennis om lichaamseigen weefsel te creëren op de plaats van een wond. Student Jonathan de Vries draagt aan die kennis bij met een model voor de rekbaarheid van weefsel.

Ons vlees bestaat grofweg uit cellen, ingekapseld in een netwerk van talloze draadvormige bio-polymeren, opgebouwd uit proteïnen (eiwitten). Dat netwerk zorgt ervoor dat de cellen niet van onze botten druipen en dat het lichaamsweefsel een bepaalde stevigheid heeft. Wanneer we gewond raken, gaat het netwerk kapot. Om beter te begrijpen wat er dan precies gebeurt, is kennis nodig over het bio-polymeernetwerk. Jonathan de Vries, student Technische Natuurkunde, heeft daarom een natuurkundig rekenmodel ontworpen dat het netwerk beschrijft. Dat model heeft hij vervolgens omgezet naar een computerprogramma. Het programma bootst na wat er met het netwerk gebeurt, zodra je er aan de bovenkant aan trekt.

“We hadden al een rekenkundig model van één losse bio-polymeer”, legt De Vries uit. “Dat heb ik gebruikt om een heel netwerk met formules te beschrijven.”

Het basisprincipe van de formule is dat natuurlijk materiaal graag zo min mogelijk energie wil bevatten. Wanneer je aan weefsel trekt, krijgt het elastische energie die het weer kwijtraakt door terug te gaan naar de uitgangsvorm. Zoals een elastiekje.

“De elastische energie van het bio-polymeernetwerk is een ingewikkelde optelsom van constanten, kracht en uitrekking”, zegt De Vries. “Telkens als ik aan het model ‘trek’, zorgt het programma ervoor dat de uitkomst van die optelsom zo klein mogelijk wordt.” Met andere woorden: de formule zorgt ervoor dat het virtuele polymeernetwerk altijd terug gaat naar zijn uitgangsvorm.

Op het computerscherm is dat mooi te zien: een kluwen blauwe sliertjes verbeeldt het proteïnenetwerk. Zodra De Vries met zijn cursor aan de kluwen trekt, gaat die op en neer wiebelen. De slierten die de grootste lokale spanning te verduren krijgen, lichten op. En waar de slierten elkaar kruisen, zitten kleine gele rondjes. “Dat zijn proteïnen die de bio-polymeren aan elkaar vastplakken”, zegt De Vries. “Als de spanning lokaal te groot wordt, raken ze los en vervormt de structuur.”

Het theoretische model zal nog worden getoetst aan de uitkomsten van experimentele metingen aan echt weefsel. Simulaties met het uiteindelijke model moet leiden tot kennis die inzetbaar is bij het succesvol kweken van nieuw lichaamsweefsel.

Tekst: Enith Vlooswijk
Fotomontage: Bart van Overbeeke