Door een ongeluk of bij een operatie doorgesneden zenuwen veroorzaken problemen met het aansturen van lichaamsdelen. Daarbij komt dat de beschadigde zenuwuiteinden vaak pijnsignalen blijven sturen naar de hersenen, terwijl deze pijn geen enkele nuttige functie meer heeft. In principe is er kans op herstel: de zenuwen blijven gewoon doorgroeien, maar de kans dat de losse uiteinden spontaan weer aan elkaar groeien, is te verwaarlozen.

Van der Meulen: “Als een zenuw wordt doorgesneden, is het alsof je een gespannen touwtje doorknipt. Je kunt je voorstellen dat de twee uiteinden elkaar niet zomaar weer tegenkomen als ze doorgroeien.” Met een beetje hulp is die kans op een ontmoeting er wel. Zo kun je de zenuweinden vasthechten aan weerszijden van een klein buisje waardoor de zenuwen naar elkaar kunnen groeien. Het materiaal waarvan die buisjes worden gemaakt, moet de juiste sterkte en flexibiliteit hebben en moet zorgen voor goede groeiomstandigheden, vertelt de chemisch technologe. “En je wilt graag dat het buisje, als het zijn werk gedaan heeft, vanzelf in het lichaam wordt afgebroken. Alle materiaal dat in het lichaam achterblijft, vergroot namelijk de kans op ontstekingen.” Het buisje moet het liefst een maand of twee zijn mechanische eigenschappen behouden en daarna zo snel mogelijk ‘oplossen’ in onschadelijke componenten, om te voorkomen dat een extra operatie nodig is om het buisje te verwijderen.

Van der Meulen experimenteerde uitgebreid met polyesters op basis van lactonen: een soort koolstofkettingen waarbij estergroepen dienst doen als sluiting. Deze esterkettingen kun je door een enzym laten openknippen, waarna ze kop-aan-staart komen te liggen en -met behulp van hetzelfde enzym- uitgroeien tot lange ketens. “We gebruiken enzymen in plaats van chemische katalysatoren voor het polymerisatieproces, omdat die laatste in het algemeen toxisch zijn.” Eventueel achtergebleven giftige stoffen maken het eindproduct ongeschikt voor medische toepassingen.

Onder invloed van water en enzymen in het lichaam worden de esterbindingen langzaam verbroken en valt het polymeer uiteen in zijn (onschadelijke) bouwstenen. Hoe snel dat gebeurt, hangt af van de precieze samenstelling van de bouwstenen. Van der Meulen zocht naar de optimale samenstelling. “Daarbij kun je bijvoorbeeld spelen met het hydrofiele of hydrofobe karakter van de bouwstenen. Een hydrofobe stof wordt langzamer afgebroken, omdat minder water in de buurt van de estergroepen komt.”

In eerder onderzoek waren Van der Meulens collega’s al gestuit op een bijzonder sterk polymeer: polypentadecalacton, opgebouwd uit esterringen met veertien koolstofatomen. “De mechanische eigenschappen van dit materiaal zijn vergelijkbaar met bepaalde typen polyethyleen. Je kunt er dan ook heel goede hechtdraden van maken.” Deze ester had echter een belangrijk nadeel: het bleek te duurzaam en zou daarom te lang in het lichaam achterblijven. Het materiaal is dus in ieder geval niet geschikt om de zenuwbuisjes van te maken.

Daarom richtte Van der Meulen zich op het creëren van een amorf materiaal met een open, sponsachtige structuur. De porositeit van het materiaal is nodig om de zenuwcellen ruimte te bieden om in het buisje te groeien en is nodig voor een goede aanvoer van voedingstoffen voor de groei van zenuwen. Daarbij bevordert de amorfe structuur afbraak doordat water gemakkelijk bij de esterbindingen kan komen.

De levensduur van de verschillende polyesters testte Van der Meulen door een serie plaatjes van het bewuste materiaal in tien verschillende buisjes te hangen met een bufferoplossing die zo goed mogelijk de fysiologische omstandigheden van het menselijk lichaam nabootst - zoals een temperatuur van 37 graden en de juiste zuurgraad. Aan deze oplossing kan ook nog een enzym worden toegevoegd om de afbraak te bevorderen. “Na een week haal je het eerste plaatje uit een buisje en droog je het om het daarna te wegen. Na nog een week neem je de volgende. Zo kun je aardig inschatten hoe lang het afbraakproces duurt. Maar je moet wel oppassen; het afbraaktempo hangt namelijk sterk af van de exacte tempe- ratuur en zuurgraad.”

Het onderzoek van Van der Meulen was onderdeel van het programma ‘Bio-Inspired Polymers’ van het Dutch Polymer Institute. Ze werkte nauw samen met bioloog dr. Ron Deumens van het Universitair Medisch Centrum van de Universiteit Maastricht, waardoor ze dicht bij de toepassing van haar chemische experimenten betrokken was. “Dat toepassingsgerichte trok me erg in het onderzoeksvoorstel, net als het biologische karakter. Ook was het fijn dat ik kon voortbouwen op het onderzoek van mijn voorganger, Matthijs de Geus, die me wegwijs heeft gemaakt in het lab. Daardoor had ik een vliegende start.”

Nu, een paar maanden voor haar promotie, beschikt Van der Meulen over een materiaal dat aan bijna alle eisen lijkt te voldoen. Ze heeft onlangs een aantal buisjes opgestuurd naar Maastricht. “Daar gaan ze kijken of het materiaal een goede ondergrond is voor zenuwcellen om te groeien.” Mocht dat zo zijn, dan gaan haar Limburgse collega’s de eerste tests doen in levende ratten. In Maastricht beschikken ze over een loopbrug, bijgenaamd de catwalk, die oplicht op de plek waar de rat loopt. Zo kunnen ze zien of het beestje wel goed beweegt en kunnen ze het herstel van de zenuwen volgen aan de hand van een spoor van fluorescerende pootafdrukjes. (TJ)

In Maastricht beschikken ze over een loopbrug die oplicht op de plek waar de rat loopt. Zo kunnen ze zien of het beestje wel goed beweegt en kunnen ze het herstel van de zenuwen volgen aan de hand van een spoor van fluorescerende pootafdrukjes. Foto | Bart van Overbeeke