Tissue engineering: 'Zelf organen maken'

Tissue Engineering is een recente technologie binnen de medische wetenschap, waarbij gestreefd wordt om deficiënte organen te vervangen door gekweekte weefsels. Deze weefsels worden ontwikkeld door gebruik te maken van cellen en moleculen die normaliter in de extracellulaire matrix van organen voorkomen. Onderzoek in het veld van de tissue engineering vindt plaats op zowel in vitro, als in vivo (proefdieren) niveau. Er is veel vooruitgang geboekt op het gebied van tissue engineering van blaas, bot, kraakbeen, huid en hartweefsel. Om een overzicht te geven wat betreft deze vooruitgang worden deze disciplines samengevat en bediscussieerd.

Tissue engineering: historie, heden en toekomst

Wat is tissue engineering?

Tissue engineering is een (bio)medische technologie welke in het laatste decennium van de twintigste eeuw is geboren. Binnen deze technologie staat centraal om defect of deficiënt weefsel van een bepaald orgaan te regenereren. Dit wordt bereikt door gebruik te maken van drie componenten, namelijk cellen (die specifiek voorkomen in bepaald weefsel), bio-actieve stoffen (bijvoorbeeld groeifactoren) en de zogenaamde scaffolds.

Wat is de scaffold, en wat is zijn functie?

Een scaffold, vrij vertaald bouwsteiger, is een drie dimensionale structuur, die de normale extracellulaire matrix van weefsel nabootst. De extracellulaire matrix, oftewel ECM, is de non-cellulaire component van weefsel die voornamelijk bestaat uit proteïnen en glycoproteïnen zoals laminine en fibronectine. Zij zijn noodzakelijk voor cellulaire processen zoals proliferatie en differentiatie, en zijn dus ook noodzakelijk voor de samenstelling van de zogenaamde scaffolds. In de medische wetenschap worden scaffolds gebruikt in vele soorten en maten. Afhankelijk van het orgaan(functie) wordt gekozen voor een bepaald basismateriaal van de scaffold. Voorbeelden zijn biologische stoffen zoals collageen. Collageen is bijvoorbeeld non-immunogeen waardoor deze stof ideaal is voor gebruik in de tissue engineering.

Waar staan we nu met wetenschappelijk onderzoek?

Op het gebied van tissue engineering wordt nog steeds erg veel onderzoek gedaan, op zowel in vitro (laboratorium) als in vivo (proefdier) niveau. Binnen bepaalde gebieden is bijvoorbeeld nog geen consensus over welk (bio)materiaal gebruikt moet worden om het desbetreffende orgaan na te bootsen. Organen waarin onderzoek wordt gedaan zijn bijvoorbeeld:

• Hart
• Lever
• Pancreas (Alvleesklier)

Hartweefsel

Tissue engineering van het hart richt zich met name op het regenereren van defecte hartkleppen.Maar defecte hartkleppen kunnen toch vervangen worden door mechanische kleppen? Inderdaad, maar hierbij is het risico op andere aandoeningen zoals een immunologische afstoot reactie erg groot. Daarom is er vraag naar nieuwe (biologische) kleppen. Op dit moment zit men wat dit betreft op de translationele stap, waarbij in vitro onderzoek moet worden omgezet in in vivo onderzoek.

Leverweefsel

De lever speelt een enorm belangrijke en intensieve rol in het metabolisme van het menselijk lichaam. Zonder de lever, is er geen leven mogelijk. Aandoeningen aan de lever vragen dan ook om een alternatief voor donoren, omdat hier ernstig tekort aan is. Tissue engineering van de lever houdt in dat de lever wordt vervangen door de novo (artificieel) weefsel. Hepatocyten, de zogenaamde levercellen, kunnen worden gebruikt om een artificiële lever te creëren. Echter zijn er verschillende bronnen van cellen die te gebruiken voor deze ontwikkeling, bijvoorbeeld:

• primaire hepatocyten
• stamcellen
• progenitor cellen

Omdat primaire hepatocyten een beperkt vermogen hebben op regeneratie, wordt op dit moment veel in vitro onderzoek gedaan met behulp van stamcellen en progenitor cellen.

Pancreas

Een van de hoofdtaken van de pancreas is het produceren secreteren van hormonen en verteringssappen die noodzakelijk zijn bij de vertering van voedsel in de darmen. Een voorbeeld van een hormoon dat gesecreteerd wordt door de pancreas is insuline. Patiënten met Diabetes Mellitus type I produceren te weinig insuline, doordat de Eilandjes van Langerhans defect of afwezig zijn. Tissue engineering met werkende insuline producerende cellen zou hiervoor natuurlijk uitkomst bieden. Onderzoekers zijn er in geslaagd om een gedecellulariseerde pancreas te produceren, en te recellulariseren met celtypen die voorkomen in de pancreas. Resultaten wezen uit dat de gen-expressie van insuline was verhoogd.

Toekomst

Onderzoekers op het gebied van tissue engineering zijn er in geslaagd om voor bepaalde organen in vitro modellen te creëren met succesvolle resultaten. Veel onderzoek vindt plaats op in vitro gebied, en in de nabije toekomst zal een vertaalslag moeten worden gemaakt naar in vivo modellen zoals proefdieren. Uiteindelijk zal de werking van deze artificiele organen worden getest in de mens, om zo uiteindelijk misschien over te kunnen gaan op off-the-shelf organen. Dit is echter nog verre toekomst en er zullen nog vele jaren overheen gaan voordat dit realiteit kan worden.