Geketende spierkweek krijgt vanzelf bloedvaten en echte spierstructuur

Onderzoekers van de TU/e hebben een eenvoudige manier gevonden om in het laboratorium spierweefsel te kweken met echte spierstructuur. Door het kweekweefsel in één richting vast te zetten, lijnen de spiercellen vanzelf uit. Dit is essentieel voor de krachtontwikkeling. Ook groeperen de bloedvatcellen in de kweek vanzelf tot vaten. De vinding is een stap naar de kweek van dikker spierweefsel dat bijvoorbeeld geïmplanteerd kan worden bij hersteloperaties. De resultaten zijn deze week gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Tissue Engineering Part A.

Belangrijk aan de vinding is ook het feit dat de onderzoekers geen biochemische signaalstoffen hoefden toe te voegen om het proces te sturen. Die stoffen zijn normaal wel nodig bij dit soort processen, maar ze zijn moeilijk te beheersen, vertelt TU/e-onderzoeker dr. Daisy van der Schaft.

Ongeorganiseerd
Het kweken van spierweefsel met vaten was ook andere onderzoekers al gelukt, maar daarin stonden de spiercellen en vaatjes ongeorganiseerd in alle richtingen. Om de spieren kracht te geven, moeten de spiercellen echter met zijn allen in dezelfde richting staan. Bovendien hebben spieren bloedvaten nodig om voeding en zuurstof te krijgen.

Trekkracht
Het onderzoeksteam van de TU Eindhoven maakte stukjes spierkweek van een mix van voorgekweekte stamcellen en bloedvatcellen (allebei van muizen), in een gel. De stukjes, van twee bij acht millimeter, zetten ze in één richting vast met klittenband. De stamcellen veranderden vervolgens in spiercellen. Hierbij krimpt het weefsel normaalgesproken, maar omdat het vastzat, kon het niet krimpen en werd er als het ware aan getrokken. Door die trekkracht lijnden de spiercellen tijdens de kweek uit. Dit is noodzakelijk om spierkracht te kunnen ontwikkelen.

Vanzelf
Bovendien zochten de bloedvatcellen elkaar op, om vaten te vormen. Daarvoor hoefden de onderzoekers geen signaalstof toe te voegen. Die ontstond namelijk vanzelf al. Metingen van de onderzoekers wezen erop dat de spiercellen door de belasting de benodigde signaalstof zelf aanmaakten.

Dikker weefsel
De totstandkoming van bloedvaten is een belangrijke stap om dikker spierweefsel te kunnen kweken. De maximale dikte was tot nu toe 0,4 millimeter, doordat de cellen op maximaal 0,2 millimeter van een bloedvat of andere voedingsbron mogen liggen om nog genoeg zuurstof te krijgen. Met de doorbloeding via bloedvaten kan het gekweekte spierweefsel straks van binnenuit gevoed worden, waardoor dikker weefsel mogelijk wordt.

Niet alleen cosmetisch
Het doel van het onderzoek is om uiteindelijk mensen te kunnen helpen die spierweefsel verloren hebben, bijvoorbeeld door ongevallen of het weghalen van tumoren. “Denk aan het herstellen van een wangspier”, vertelt Van der Schaft. “En dan niet alleen cosmetisch, maar ook echt functioneel.” Ze verwacht dat dit binnen tien jaar mogelijk moet zijn.
Een van de volgende stappen daarvoor is het kweken van dikkere spieren, waar de Eindhovense onderzoekers binnenkort aan beginnen. En de technieken moeten worden toegepast op menselijke cellen. “Onderzoekers van het UMC Groningen zijn  in een samenwerking met ons systeem al begonnen om menselijk spierweefsel  te maken”, aldus Van der Schaft.

Het artikel in het blad Tissue Engineering Part A heeft als titel ‘Mechanoregulation of vascularization in aligned tissue engineered muscle; a role for VEGF’. De auteurs zijn dr. Daisy van der Schaft. ir. Ariane van Spreeuwel, dr.ir. Hans van Assen en prof.dr. ir Frank Baaijens, allen verbonden aan de TU Eindhoven. PMID: 21702712.

Over Health aan de TU/e
Health is een van de drie ‘strategic areas’ van de Technische Universiteit Eindhoven. Voor meer informatie over Health klik hier.