Dat je bloed het vermogen heeft om te stollen, is maar goed ook. De stolling is een belangrijk verdedigingsmechanisme van het lichaam om bloedverlies te voorkomen of te beperken. Zonder dat mechanisme zouden wonden en bloedvaten niet gemakkelijk helen.

Bloedstolsels kunnen echter ook aardig wat problemen met zich meebrengen. Dit kan het geval zijn als het bloed stolt, terwijl er geen verwonding is. Zo’n bloedstolsel noem je een trombus. Deze kan bijvoorbeeld ontstaan als de vaatwand is beschadigd of vernauwd zoals bij aderverkalking (atherosclerose), er afwijkingen van het stollingssysteem zijn of veranderingen in het stromen van het bloed. Ook als het bloed in contact komt met vreemd materiaal, zoals bij de implantatie van een kunsthartklep, is er een verhoogde kans op de vorming van bloedstolsels. Bij lang liggen of zitten neemt de stroomsnelheid van het bloed af - denk aan lange vliegreizen. Als een trombus loslaat van de vaatwand en in het bloed gaat circuleren, kan dat levensgevaarlijk zijn. Een meegevoerd bloedstolsel heet een embolie. Een bloedstolsel kan zich overal in het lichaam vormen en kan belangrijke vaten verderop in de bloedstroom afsluiten, waardoor een vitaal lichaamsdeel geen bloedtoevoer of - afvoer meer heeft. Sluit een bloedprop de kransslagader af, dan loop je het risico op een hartinfarct. Bij een beroerte is de hersenslagader verstopt geraakt. Ook een bloedstolsel dat in de longen terechtkomt (longembolie), kan dodelijk zijn.

Complex
Er zijn wel medicijnen op de markt die bloedstolsels kunnen remmen, maar die werken niet optimaal, hebben ernstige bijwerkingen of zijn erg duur. Dit komt deels doordat het stollingsproces in stromend bloed erg complex is en we er nog niet alles van begrijpen. Het is dus buitengewoon relevant om het proces van bloedstolling (ook wel coagulatie genoemd) en bloed in beweging in kaart te brengen. Dit doel hebben de TU/e-wetenschappers van Technische Natuurkunde, Werktuigbouwkunde en Biomedische Technologie zich gesteld. Door de subsidie van een miljoen euro die ze van de TU/e hebben gekregen, kunnen ze vier jaar onderzoek financieren. Afhankelijk van de resultaten is er daarna kans op nog eens vier jaar subsidie vanuit de TU/e.

Volgens dr.ir. Arjen Bogaerds, projectleider van ‘Bloed in beweging’, is het initiatief om het gehele proces van bloedstolling met een multidisciplinaire aanpak in kaart te brengen, uniek. “Je kunt het proces van bloeddoorstroming en bloedstolling op het niveau van verschillende lengteschalen bekijken. Kijk je naar de grootste lengteschaal, macroscopisch niveau, dan heb je het over het gehele stelsel aan bloedvaten. Je kunt ook kijken wat er op celniveau gebeurt en vervolgens inzoomen op wat er op het echt allerkleinste niveau gebeurt; enkele nanometers groot. Nu weten we wel iets over de biochemie van het stollingsproces, het nanoscopisch niveau, maar daarin wordt geen rekening gehouden met de fysica van het stromen van het bloed. We weten al meer dan veertig jaar dat bloedstroming een belangrijke factor is bij het ontstaan en groeien van een stolsel. Door de structuur en het complexe gedrag van bloed is er echter nog weinig bekend over de interactie tussen biochemie en stroming. Door de wisselwerking tussen de lengteschalen nader te bestuderen en de gegevens te koppelen, verwachten we het gehele proces van bloedstolling en -stroming beter te kunnen doorgronden.”

Om die koppeling tussen de lengteschalen te maken, coördineren Bogaerds en prof.dr.ir. Frans van de Vosse het onderzoek op macroscopisch niveau. Ze maken daarbij gebruik van kennis op mesoscopisch niveau (het niveau van een groot aantal rode bloedcellen), waarop dr. Jens Harting en prof.dr. Federico Toschi van Technische Natuurkunde zich concentreren. Om deze stroming van een groot aantal cellen te kunnen beschrijven, is vervolgens kennis nodig over het gedrag van één cel en over de interactie tussen enkele cellen. Dit niveau bekijken dr.ir. Patrick Anderson en prof.dr.ir. Han Meijer van Werktuigbouwkunde. De komende tijd wordt het onderzoeksteam uitgebreid met vier promovendi.

Krachten
Bogaerds: “Bloed bestaat voor het grootste gedeelte uit rode bloedcellen. Het is praktisch onmogelijk alle rode bloedcellen te bekijken. Daarvan hebben we er wel miljarden in ons lichaam. We focussen ons daarom op bepaalde facetten. We willen onder meer bekijken welke krachten er op zo’n rode bloedcel werken. En wat zijn de mechanische eigenschappen van zo’n cel? Hoe interacteren twee of drie rode bloedcellen? Hoe zit het met de interactie met de vaatwand bij bloedtransport? Wat gebeurt er precies bij een aneurysma? (lokale uitzetting van een slagader, red.) Hoe werkt en vormt een fibrinenetwerk (stevig elastisch netwerk, ontstaan door stollingsmechanismen, red.) zich bij stroming? Hoe zit het met de bloedstroming bij kunsthartkleppen en stents?”

De onderzoekers van de verschillende disciplines gaan met deze en andere onderzoeksvragen aan de slag. Naast modelleren, experimenteren ze ook om enerzijds input te genereren die voor de modellering nodig is en anderzijds om de met computeranalyse verkregen data te staven. Bogaerds: ”We hebben geregeld overleg om de verschillende gegevens te koppelen. Uiteindelijk hopen we ziekteprocessen beter te begrijpen, maar dat zal nog wel wat jaartjes duren.”/.

Wat weten we over bloedstolling?

Voor een goede stolling zijn bloedplaatjes (trombocyten) en stollingseiwitten nodig. Het beenmerg maakt de bloedplaatjes en de lever de stollingseiwitten. Deze stoffen circuleren gewoonlijk in het bloed, zonder dat ze iets actief doen.

Het bloedstollingsproces begint meestal met beschadiging van een trombocyt door een wond of ‘kalkaanslag’ (atherosclerotische plaque) op de binnenwand van een bloedvat. Uit het beschadigde bloedplaatje komen stoffen vrij, die het proces in gang zetten. De verschillende stollingsfactoren worden omstebeurt geactiveerd. Elke factor zet weer een andere in beweging. In dit verband wordt ook wel over een cascade (waterval) aan processen gesproken. Uiteindelijk wordt fibrinogeen omgezet in fibrine, het eindproduct van de cascade. Het fibrinenetwerk komt op de bloedplaatjesprop te liggen en blijft enkele weken aanwezig. Onder het stolsel kunnen de weefsels helen en kan een wond definitief sluiten.

De eerste vier High Potential Research Programs van de TU/e zijn 19 mei bekendgemaakt. Ze krijgen elk een subsidie van een miljoen euro, verspreid over vier jaar. De TU/e wil hiermee vernieuwende en risicovolle onderzoeksprogramma’s stimuleren. De komende weken gaat Cursor dieper in op de vier geselecteerde onderzoeksprogramma’s. Dit artikel is de eerste in de reeks. Volgende week kun je meer lezen over het project ‘Biomimetic Materials’.