Fysiek zat promovenda Eva Wisse het grootste deel van de tijd in het Laboratorium voor Macromoleculaire en Organische Chemie, dat aan de faculteit Scheikundige Technologie onder leiding staat van prof.dr. Bert Meijer. Toch valt haar promotie officieel onder Biomedische Technologie. Met deze spagaat is ook meteen het onderzoek van Wisse gekenschetst: met de scheppende kracht van de scheikunde zoeken naar toepassingen in de medische wetenschappen. Ze deed vier jaar lang onderzoek naar materialen die ‘bio-compatibel, bio-afbreekbaar en bio-actief’ zijn. Dit is de laatste jaren een hot onderwerp. ‘Bio-compatibel’ slaat op materialen die je probleemloos in het menselijk lichaam kunt plaatsen. Er treden geen infecties op en het lichaam probeert het materiaal er niet uit te gooien: de zogeheten afstotingsverschijnselen. Uit bio-afbreekbare materialen maken wetenschappers tegenwoordig stukken dragermateriaal met een heel specifieke vorm, om bijvoorbeeld een beschadigd stuk bot op te vullen. Dat werkt als volgt: het tijdelijke stevige dragermateriaal is poreus en wordt gevuld met -in dit voorbeeld- opgekweekte botcellen van de patiënt. Idealiter gaan deze cellen zich delen terwijl het dragermateriaal langzaam wordt afgebroken. De nieuwe cellen nemen zo langzaam de plaats in van hun tijdelijke gastheer. Tenslotte is al het tijdelijke materiaal verdwenen en heeft zich een nieuw stukje bot gevormd, precies in de juiste vorm. “Dat is wat we proberen te doen met ‘tissue engineering’, het ontwerpen en maken van weefsels”, vertelt Wisse. Hierbij speelt het gedrag van de cel een zeer belangrijke rol. Om dit te beïnvloeden, proberen wetenschappers tegenwoordig bepaalde bio-actieve moleculen in de materialen in te bouwen. En dat is waar de groep van Wisses promotor, Bert Meijer, in is gespecialiseerd: in het bouwen van zelf ontworpen moleculen. Kort of lang, simpel of ingewikkeld, met ingewikkelde syntheseprocessen kan men het daar zo afstemmen dat er hier een stikstofatoom extra aan komt te zitten en daar een ‘zuurstofje’ minder. Wisse: “Ook al doe je maar een klein aanpassinkje aan een molecuul, dan kunnen je resultaten al volledig anders zijn. Dat blijft enorm fascinerend.”
De promovenda hield zich gedurende vier jaar bezig met onderzoek naar polymeermaterialen die niet alleen passief bio-compatibel zijn, maar zelfs een actieve rol kunnen spelen in het lichaam. Daartoe moest Wisse een proces ontwikkelen om in de lange ketens die polymeren zo kenmerken, bepaalde heel korte eiwitten (peptiden) in te kunnen bouwen. Deze stoffen kunnen menselijke cellen een chemisch signaal geven. Ze kunnen een cel bijvoorbeeld ‘vertellen’ dat die zich moet gaan delen, of ergens aan moet hechten, of dat een stamcel zich moet ontwikkelen tot een bepaald type cel. “Doel was eigenlijk een bouwdoos met verschillende blokjes te maken”, vertelt Wisse. “Zodat we uit verschillende potjes polymeren en bio-actieve moleculen, die we hebben staan, door eenvoudigweg te mengen vele verschillende combinaties kunnen maken. Kleurstoffen hadden we zo al eens in een polymeerketen ingebouwd, maar van echt biologisch actieve componenten moest het nog bewezen worden.”
De polymere eenheden waarmee Wisse werkte, zijn onder te verdelen in harde en zachte. De harde delen -in feite een complex molecuul- ‘klikken’ op een heel stevige manier aan elkaar, bijna alsof het legoblokjes zijn. Daardoor worden lange strengen op nanoschaal gevormd die zeer sterk en stijf zijn. Deze nanovezels -enkele nanometers dik, zo’n micrometer lang- zijn met een AFM (Atomic Force Microscope) goed te zien. Tot haar verrassing ontdekte de promovenda dat een kleine verandering in de molecuulstructuur van het harde bouwblokje ertoe leidde dat het blokje helemaal niet meer zo goed paste op een voorganger in de rij. “Zelfs toen we slechts één koolstofatoom toevoegden. Dat hadden we niet verwacht.”
In haar proefschrift beschrijft Wisse ook een praktische toepassing van de ‘box of blocks’, zoals het systeem van polymere en biologische componenten in de onderzoeksgroep wordt genoemd. Tijdens haar promotie heeft ze in samenwerking met de onderzoeksgroep Tissue Engineering van prof.dr. Marja van Luyn van de Rijksuniversiteit Groningen een eerste stap gezet om het belangrijkste onderdeel van een menselijke nier na te bouwen. Uit zelf vervaardigde materialen bouwde ze het belangrijkste onderdeel van een zogeheten nefron, de basiseenheid van de nier. Een echte menselijke nier bestaat uit zo’n miljoen van deze mini-reinigingscentrales. Hierin gaat bloed met afvalstoffen eerst door een grove filter. Hier worden bloedcellen en grote eiwitten gescheiden van het water met de kleinere opgeloste stoffen. Hierna haalt de nier uit de overgebleven vloeistof (de voorurine) de moleculen die van waarde zijn voor het lichaam, zoals natrium en glucose. Ook het water gaat voor een groot deel terug het lichaam in.
Het belangrijkste in dit proces is een membraan dat de scheiding vormt tussen de voorurine en de bloedvaten die om het nefron heen zitten. Daar doorheen bewegen de zouten, de voedingsstoffen en het water de bloedbaan in. Dit is dan ook wat Wisse geprobeerd heeft na te maken. Wisse: “Ons membraan bestaat uit een netwerk van eigengemaakte nanovezels. Aan de bovenkant steken peptiden uit die ervoor zorgen dat de cellen uit het nefron hetzelfde celtype blijven. Belangrijk is dat het een nette laag is van één cel dik, waar geen gaten in mogen zitten. De peptiden moeten ervoor zorgen dat er steeds een levende laag cellen op het membraan zit.” Op soortgelijke manier steken aan de onderzijde peptiden uit die cellen aan zich hechten -en in stand houden- die een bloedvat vormen. Het membraan zelf heeft gaten met zodanige afmetingen dat water-, en glucosemoleculen en zoutionen er gemakkelijk doorheen kunnen, maar dat cellen erop blijven liggen. Tot nu toe heeft Wisse vooral de zijde van de voorurine onderzocht, maar haar collega’s richten zich nu ook op de cellen van het bloedvat. Wisse: “Heb je daarvoor eenmaal de juiste materialen gevonden, dan kun je testen of het zelfgebouwde stukje nefron inderdaad de juiste werking heeft. Deze stap is echt heel spannend. Ik verwacht dat de groep in 2008 zover is. Dat zou een echte mijlpaal zijn, want dan hebben we voor het eerst uit onze bouwdoos van materialen een werkend stukje van een kunstmatige nier gemaakt.”
Het uiteindelijke doel van dit onderzoek is een implanteerbare kunstnier te ontwikkelen. Maar dat ligt nog heel wat jaren in de toekomst, haast Wisse zich te zeggen. “Wat wel al eerder zou kunnen, is een riem voor nierpatiënten waaraan een draagbaar ‘spoelsysteem’ is bevestigd. Dat zou de huidige dialyse al iets te verbeteren.”/.