Multifunctioneel biomateriaal moet bacteriële infecties voorkomen

Tandimplantaten, wondverbanden, kunstheupen, stents, contactlenzen; het gebruik van biomaterialen in de gezondheidszorg is heel breed. Deze materialen worden vaak geïmplanteerd om beschadigd weefsel te vervangen of herstellen. Maar waar een biomateriaal in eerste instantie voor versteviging moet zorgen, wordt het ook steeds belangrijker dat het materiaal geen ontstekingsreactie in het lichaam veroorzaakt, legt promovenda Moniek Schmitz uit.

Schrikbarende getallen

“Zo’n biomateriaal-geassocieerde infectie kan direct na de implantatie ontstaan doordat het materiaal of de omgeving niet volledig steriel is. Maar ook jaren later kan een relatief onschuldige infectie ergens anders in het lichaam voor problemen zorgen. Via de bloedbaan kunnen bacteriën zich alsnog in het weefsel rondom het biomateriaal of op het oppervlak hiervan nestelen.”

Biomateriaal-geassocieerde infecties worden meestal behandeld met antibiotica om de bacteriën te doden en de infectie te genezen. Vaak wordt er tijdens een implantatie ook preventief antibiotica gegeven om een infectie te voorkomen. Maar volgens Schmitz is dat geen houdbare situatie. “Er zijn steeds meer multiresistente bacteriën. Volgens recente schattingen van de Verenigde Naties zal het aantal doden door antibioticaresistentie in 2050 op zo’n tien miljoen per jaar liggen, schrikbarende getallen.”

Om het antibioticagebruik te verminderen, zijn Schmitz en haar collega’s op zoek gegaan naar innovatieve manieren om deze infecties tegen te gaan. Met nieuwe, multifunctionele biomaterialen. “Deze materialen moeten niet alleen de functie hebben waarvoor ze specifiek ontwikkeld zijn, maar ook integratie met het lichaam stimuleren en bacteriën op en rondom het implantaat doden.”

Keten van blokjes

Schmitz gebruikte hiervoor supramoleculaire biomaterialen, opgebouwd als een soort keten van verschillende aan elkaar gekoppelde blokjes. De verschillende blokjes zorgen voor verschillende eigenschappen van het materiaal en zo kunnen dus zowel mechanische als biologische eigenschappen aangepast worden.

De biomaterialen van Schmitz zijn allen gebaseerd op het molecuul ureido-pyrimidinone. In diverse studies ontwikkelde ze een materiaal met een coating die er voor zorgt dat lichaamscellen beter aan het materiaal kunnen hechten, en een coating die succesvol bleek in het doden van bacteriën op het implantaat-oppervlak.

Molecuulbibliotheek

Een goede eerste zet, meent Schmitz, maar gaandeweg haar promotieonderzoek zag ze dat haar stap-voor-stap aanpak niet de geschiktste methode is om doeltreffend de complexe biomateriaal-geassocieerde infecties te verminderen.

“We hebben te maken met verschillende tijdschalen, verschillende materialen en cellen van mens en bacterie. Dat is veel complexer dan een coating die zich op één aspect richt. We hebben hier zeker fundamentele kennis mee opgedaan, maar uiteindelijk willen we zo snel mogelijk een multifunctioneel biomateriaal ontwikkelen.

Met de screeningsmethode die Schmitz vervolgens opzette kunnen honderden combinaties van materialen tegelijkertijd getest worden, waardoor ze het biomateriaalonderzoek een boost hoopt te geven. Ze printte daarvoor op een microscoopglaasje een molecuul-bibliotheek, met allemaal verschillende eigenschappen.

“Deze high troughput screenings maken een snelle vooruitgang mogelijk in de ontwikkeling en het testen van nieuwe, multifunctionele biomaterialen. Een vooruitgang die niet alleen mogelijk, maar ook noodzakelijk is.”  

Moniek Schmitz verdedigde dinsdag 15 februari haar proefschrift ‘Supramolecular Antimicrobial Biomaterials – From Molecular Design to Screening. Ze werd begeleid door prof.dr.dr. Patricia Dankers en dr. Bas Zaat (Amsterdam UMC).