Synthetisch botvervangend materiaal heeft z’n beperkingen. Toevoeging van nanomateriaal zou kunnen leiden tot sterkere implantaten. Meike van der Zande onderzocht dergelijke nieuwe botvervangende materialen. Haar uitkomsten waren niet bemoedigend – maar van onverwachte tegenvallers leert de wetenschap ook. Van der Zande promoveert op 31 maart aan de Radboud Universiteit Nijmegen.

Synthetisch botvervangend materiaal  is mooi spul, maar het is minder sterk dan ‘echt’ bot. Zeker voor grotere botdefecten zou je iets aan de beperkingen van het materiaal willen doen en zou je het beter willen laten vergroeien met het lichaamseigen bot. Toevoeging van bijvoorbeeld carbon nanotubes, nanodeeltjes van koolstof, zou een oplossing kunnen zijn. 

Goede veronderstelling
Dat was de hypothese die promovenda Meike van der Zande, medisch bioloog, heeft onderzocht. ‘Op grond van wetenschappelijke literatuur over carbon nanotubes leek dat een goede veronderstelling.’ Maar nanomateriaal inbrengen in het menselijk lichaam, dat doe je niet zomaar. Dus deed Van der Zande ook onderzoek naar mogelijk schadelijke effecten van nanodeeltjes op cellen en weefsels. Waarbij het nog een hele kunst bleek om die nanodeeltjes überhaupt te kunnen detecteren wanneer ze vrijkomen uit het botvervangend materiaal.

Ik zie, ik zie wat jij niet ziet
Dat de carbon nanotubes vrijkomen, was bekend: dat moest ook de vergroeiing met het omliggende weefsel bewerkstelligen. Maar waar blijven ze? ‘Nanodeeltjes zijn zó klein, die zie je niet met conventionele technieken zoals bijvoorbeeld lichtmicroscopie. Dus hebben we samen met een Amerikaanse onderzoeksgroep van Rice University een methode ontwikkeld om de carbon nanotubes te labelen  met een contrastmiddel, gadolinium, waardoor  we ze nu wél kunnen zien, met behulp van MRI.’

In vitro: bemoedigend
In in vitro-tests bleken cellen goed te reageren op de gelabelde nanodeeltjes: ze gingen niet dood. Van der Zande begon dan ook vol vertrouwen aan de in vivo-tests, in ratten. ‘Daar zagen we na drie weken een verhoging van het contrastmiddel in het weefsel rondom het botvervangende materiaal: dat duidde erop dat de carbon nanotubes vrijkwamen. In andere organen zagen we geen contrastverhoging, dus het leek erop dat ze niet  ophoopten in het lichaam. Maar ik moet een slag om de arm houden, want er moet een minimumhoeveelheid gelabelde carbon nanotubes zijn om ze te kunnen zien. Ook als je ze niet ziet, kunnen ze er toch zijn – in heel geringe omvang.’

A= synthetisch materiaal; B= materiaal met toevoeging van carbon nanotubes. Op beide materialen zijn cellen gekweekt, de pijltjes geven de cellen weer.

Nanodeeltjes voldoen niet aan verwachting…
Maar deden de nanodeeltjes nu ook wat er van hen verwacht werd: stimuleerden ze de botvorming? Van der Zande liet botvoorlopercellen (cellen die nog kunnen uitgroeien tot verschillende soorten cellen, bijvoorbeeld botvormende cellen) groeien op synthetisch materiaal met en zonder carbon nanotubes.  Wat bleek: nanodeeltjes hebben geen effect op de groeisnelheid en mogelijk een negatief effect op de differentiatie van de cellen. ‘Die laatste bevinding was niet significant,  maar als de toevoeging van carbon nanotubes geen voordelig en mogelijk een nadelig effect heeft op de uitgroei van botvoorlopercellen tot botcellen, kunnen we het niet aanbevelen.’

Het nieuws werd nog wat slechter, want Van der Zande zag ook genen tot expressie komen die gerelateerd kunnen worden aan kanker. ‘Dat wil nog niet zeggen dat  je dús kanker zou krijgen van dit materiaal. Maar nee, gunstig is het niet.’

Niet alle nano over één kam
In de zoektocht naar betere botvervangers lijken carbon nanotubes geen toekomst te hebben, constateert Van der Zande. ‘Dat wil niet zeggen dat je alle nanomaterialen af moet schrijven. Hoe die zich gedragen, hangt erg af van de samenstelling en zelfs de vorm van het materiaal. Nanohydroxyapatiet bijvoorbeeld, dat wordt ook onderzocht door Nijmeegse collega’s, daar zijn de verwachtingen alweer een stuk positiever over.’

Tegenvallers ook van belang
Een onderdeel van Van der Zandes proefschrift is een systematic review, een uitgebreid literatuuronderzoek naar alles wat tot op heden bekend is over de mogelijk nadelige effecten van  carbon nanotubes in in vivo-modellen. De review, die vorige maand verscheen in het tijdschrift Tissue Engineering, part B, is al diverse keren opgevraagd.  ‘Mijn onderzoek heeft misschien niet opgeleverd wat we er van tevoren van gehoopt hadden, maar je ziet: ook tegenvallende resultaten zijn van belang.’

Meike van der Zande (Delft, 1980) studeerde Technische Microbiologie aan het Hoger Laboratorium Onderwijs in Venlo en Medische Biologie aan de Radboud Universiteit Nijmegen. Ze verrichtte haar promotieonderzoek op de afdeling Biomaterialen van het UMC St Radboud, binnen het onderzoeksinstituut Nijmegen Centre for Molecular Life Sciences. Ze combineerde haar promotietraject met een opleiding vrije kunst aan de ArtEZ Hogeschool voor de Kunsten. Ze is momenteel werkzaam als postdoc bij het RIKILT – Instituut voor Voedselveiligheid, verbonden aan de Wageningen Universiteit. Daar doet ze onderzoek naar de toxiciteit van nanomaterialen gerelateerd aan voedsel.

Meike van der Zande, Nanomaterials in synthetic bone grafts: growth factor release, MR imaging, and toxicity aspects
Promotie 31 maart 2011, Radboud Universiteit Nijmegen (Medische Wetenschappen). Promotor: prof. dr. J.A. Jansen, copromotor: dr. X.F. Walboomers