Bloedvaten uit de printer

Ondanks allerlei oproepen van de overheid om toch vooral donor te worden, is er nog altijd een groot tekort aan donororganen. Wetenschappers zijn daarom al decennia lang op zoek naar methoden om kunstmatige organen te groeien in het laboratorium. Het maken van kunstmatige weefsels, zoals huid, hebben onderzoekers al redelijk onder de knie. Een veel lastigere klus is het maken van grote driedimensionale organen. Maar nu hebben wetenschappers uit Duitsland de eerste stap gezet om dit voor elkaar te krijgen.  

Het probleem bij het maken van grote organen in het lab, is dat zij om te overleven bloedvaten nodig hebben. Grotere bloedvaten vertakken zich in de organen in minuscule arteriën, venen en cappillairtjes, om ieder deel van het orgaan van voedingsstoffen en zuurstof te kunnen voorzien. Zonder de juiste stoffen gaan kunstmatige organen, hoe goed ook gemaakt, onherroepelijk dood.  

Wetenschappers van verschillende afdelingen van het Fraunhofer iinstituut in Duitsland hebben een aantal jaar geleden de krachten gebundeld om dit probleem op te lossen. Ze zagen de oplossing in het maken van kunstmatige bloedvaten. Voor grote aders was dit nog wel te doen, maar die kleine, soms nog geen millimeter grote capillairtjes waren een probleem. Uiteindelijk bracht een samenwerking met industrieel ontwerpers uitkomst en gebruikten ze een nieuwe technologie, 3D-printen, om de kleine bloedvaten te maken. Dit presenteren ze in oktober op een grote biotechnologie-beurs in Hannover.

3D-printen is een relatief nieuwe technologie waarbij een speciale printer ieder gewenst driedimensionaal object kan printen, uit een heleboel verschillende materialen, bijvoorbeeld plastic, en met zeer fijne details. Een soort pottenbakken, maar dan automatisch. Gebaseerd op een computer gegenereerd 3D-model legt de printer dunne laagjes materiaal over elkaar heen, en met UV-straling worden die laagjes aan elkaar “gecrosslinked”, gebakken als het ware. Dit kan al op vrij kleine schaal, maar voor capillairtjes moet het nóg kleiner. Daarvoor gebruikten de onderzoekers 2-foton-lasers, een techniek die hetzelfde doet als de UV-crosslinking van de laagjes, maar dan veel meer gelokaliseerd zodat slechts een paar moleculen aan elkaar gebonden worden. Hierdoor blijft het materiaal ook elastisch en buigbaar: precies wat je nodig hebt voor een bloedvat.

De onderzoekers hebben nu een apparaat ontwikkeld waarbij het 3D-printen geïntegreerd is met zo’n 2-foton-laser. In principe kunnen uit deze printer kant-en-klare bloedvaten uit rollen. Op dit moment zijn de onderzoekers nog wel bezig om het perfecte materiaal voor de printer te ontwikkelen. Ze denken aan een mix van synthetische polymeren en lichaamseigen biologische moleculen, die normaal in bloedvaten ook voorkomen. Zo hopen ze dat endotheel-cellen, die normaal de binnenwand van bloedvaten bekleden, hechten en een laagje vormen zodat het bloed optimaal vervoerd kan worden. Een belangrijke overweging is dat het materiaal ook weer niet té plakkerig moet worden, want dan zouden de bloedvaten verstopt raken.

Dat het nu bijna gelukt is om met een 3D-printer bloedvaten te maken schept een hoop nieuwe mogelijkheden voor het maken van kunstmatige organen in het lab. Misschien kan in de toekomst met deze technologie wel een heel orgaan “geprint” worden, met bloedvaten en wel. Zover is het jammer genoeg nog lang niet. De ontwikkelde techniek is wél de eerste stap richting het maken van synthetische bloedvaten, die gebruikt kunnen worden voor by-pass operaties. Een nieuwe taak voor de artsen dus: print jij even een nieuwe ader voor meneer de Vries?

Dit artikel verscheen in De Groene Amsterdammer voor Sciencepalooza

De zin en onzin van telomeertesten

Maandag 16 mei in De Wereld Draait Door was de telomeertest het onderwerp van gesprek:  een test waarmee je kunt bepalen hoe oud je gaat worden (tenminste, als je niet onder een tram komt). De gasten in dit populaire TV-programma discussieerden over de filosofische aspecten van zo’n test: de vraag of mensen wel willen weten hoe oud je wordt. Helaas miste DWDD hier een ander, echt belangrijk discussiepunt: is het wel waar zo’n telomeertest? Kun je hiermee écht testen hoe oud je wordt?

Eerst de biologische achtergrond van de test met een korte uitleg over telomeren, voor degenen die niet hebben gezien hoe natuurkundige Diederik Jekel dit briljant uitlegde. Telomeren zijn de uiteindjes van onze chromosomen, de dragers van ons DNA, al ons erfelijk materiaal. Al dat DNA wordt bij iedere celdeling helemaal gekopieerd, maar dat is lastig bij het einde van het lineaire  chromosoom. Jekel vergeleek dit met een dik boek dat je met een kopieerapparaat kopieert: de laatste woorden van een zin in de vouw vallen een beetje weg. De evolutie heeft hiervoor als oplossing verzonnen om een aantal “onzinwoorden” aan het einde van die chromosomen te zetten (blablablablablablablablablabla om Jekel te citeren), zodat het niet zo erg is als er een paar wegvallen (dan is het blablablablabla). Ook hebben we bepaalde enzymen, telomerases, die er weer bla’tjes aan vast kunnen plakken, zodat we de echte informatie, de nuttige woorden in de zin, niet verliezen. Maar bij iedere celdeling wordt dat stukje bla’s toch wat korter, en de hoeveelheid bla’s aan het einde van de telomeren is een maat voor de leeftijd van een cel.

Samenvattend dus: hoe langer de telomeren, de eindjes aan de chromosomen, hoe jonger een cel is: hoe minder bla’tjes, hoe vaker je cellen zich gedeeld hebben dus hoe ouder je zult zijn. Het is ook bewezen dat telomerase-activiteit, dus het opnieuw aanplakken van bla’tjes, afneemt bij veroudering. Ongezond leven, stress en straling hebben een negatief effect op telomeerlengte en er zijn ook allerlei ziektes beschreven die optreden bij foutjes in dit telomerase-systeem. De meest bekende hiervan is het progeria-syndroom waarbij kinderen van 4 er al uit zien als oude mannetjes. Dat telomeren een relatie hebben met veroudering is dus omontstreden. Voor patiënten met zulke aandoeningen kan het nuttig zijn om de telomeerlengte te bepalen en hiermee hun risico op allerlei ziektes beter worden ingeschat. Voor zulke patiënten hebben wetenschappers telomeertesten ontwikkeld.

De telomeertesten die nu op de markt zijn, werken precies als deze klinische testen: van bloedcellen wordt aflezen wat de gemiddelde telomeerlengte is. Maar kun je dit ook zomaar omdraaien? Dat als je de telomeer-lengte weet je kunt voorspellen hoe oud iemand wordt? Dit is namelijk de basis van de telomeertest. Er is echter een enorme variatie in telomeerlengte tussen mensen. Je kunt makkelijk een persoon van 20 en een persoon van 80 vinden waarvan de telomeren even lang zijn. Ten tweede is er wel een minimale telomeerlengte voor individuele cellen, maar zover ik heb kunnen vinden niet voor mensen. Dus als je iemands telomeerlengte weet, kun je niet zomaar de maximale leeftijd bepalen. Ten derde neemt ook niet bij iedereen de telomeerlengte even snel af. Er moeten dus op basis van biologische gegevens, maar liefst 3 algemene aannames gedaan worden, om op de maximale levensverwachting uit te komen.

De twee bedrijven die de tests aanbieden hebben, naast een andere techniek om de telomeerlengte te meten, ook een iets andere invalshoek. Het Spaanse LifeLength komt inderdaad met een schatting van jouw maximale leeftijd. Het andere bedrijf, Telome Health uit Californië is net iets voorzichtiger en geeft aan wat jouw “biologische” leeftijd is. Het is dan aan jou om in te zien of dit goed of slecht is (hoger of lager dan je chronologische leeftijd), en of je de levensstijladviezen gaat opvolgen om je “biologische” leeftijd naar beneden te brengen. Deze adviezen zijn, naast goedbedoellde adviezen, ook erg voor de hand liggen: veel bewegen, veel groente en fruit eten en niet teveel roken en/of drinken.

Kortom, binnenkort kun je een gezondheidstest laten doen waar je eigenlijk geen steek wijzer van wordt maar wel enkele honderden euro’s armer. De filosofische discussie uit DWDD was natuurlijk erg interessant, maar op dit moment absoluut nog niet nodig. De volgende keer kunnen ze beter een bioloog uitnodigen die door dit soort testen heenprikt.

Eva Teuling

PCD-You: Meet Wia Timmerman

A classical story, about a researcher who loves science, is forced to go to 'the other side' and finds out working for a company is also great!

On a sunny Friday afternoon, I meet Wia Timmerman in her office at the Groningen location of PRA International, where she works as a senior research scientist. Before we start, she mentions that she thinks what PCDI is doing is very important, something she was missing when she stepped out of the academic world. At that point, she would have loved the support of PCDI and fellow PhD’s struggling with their careers.

Wia Timmerman studied biology in Groningen, graduated in ‘87 and started her PhD-research at the department of Pharmaco-chemistry in Groningen. After obtaining her degree in ‘92, she went to Newark for 6 months and obtained a KNAW-grant that allowed her to return to the Netherlands. This KNAW-grant, comparable to the current VIDI, lasted for 3 years with a possible extension to 5 years, and was considered the first step towards a permanent position in academia. So that was what she hoped to achieve from the start of her PhD, to become a group leader. Although she loved her work and obtained quite a number of publications, luck was not on her side.

Too many temporary contracts

With no permanent position available at her department when her KNAW-fellowship ended, she had one short fixed-term contract after another, making it impossible to establish a research group. After a couple of years, with still no permanent position in sight, she found herself demotivated and frustrated. But with two small children and a husband who just obtained a job as associate professor in Groningen, she did not want to leave the region. So she realized that she should give up her ambition of becoming a PI and apply for jobs at companies, which felt as a failure for her at that moment.

 She obtained a position as project-coordinator at Pharma Bio-Research, as PRA was called at that moment. And that was a big change, it took her a while to get used to the different way of working compared to academia. There was much more pressure on projects, with very strict time lines. She had to do lots of small administrative and financial tasks that were never important when she was a researcher. She felt that a part of her academic freedom had been taken away. But on the other hand, she liked working with a group of people with different backgrounds on one goal, and she liked the fact that the clinical studies actually had a clear start and finish. She also appreciated that, in a relatively small company, the lines to the top are shorter than at the university, so she had a better insight in the organization.

All her projects at the university had been preclinical work using animal models, focused on substances that act on the central nervous system. Wia always had been interested in the clinical applications of her research, and in collaborating with physicians and psychiatrists. At PRA, where she now is part of the science team, she works in phase I clinical research, which is just one step further in the development from fundamental research to new drug. She likes being close to her previous research topic, and she even finds the results of studies she previously worked on in academia coming back in clinical trials. She now finds herself much closer to real life, as a PhD-student she spent days at an electrophysiology setup, monitoring a single cell, which made her feel out of touch with the world outside.


The importance of transferrable skills

According to Wia, very important skills needed to succeed in a company are, good organizational and project management skills, and good interpersonal communication. Wia thinks that it is necessary to obtain these skills during a PhD, because they are VERY important in the world outside academia but of course also within academia. And, as only 10% of all PhD-students will obtain a position at a university, she thinks it would be good to include these skill trainings in a PhD-programme. PhD programmes nowadays falling under the umbrella of graduate schools certainly will help this development: for example many students nowadays participate in writing and project management skill courses. Wia is also a project-leader of a TI Pharma research grant and is happy to see her PhD-students going to business and management courses.


A mother and scientist

An issue for many female scientists is how to combine a career with children. Wia never really had problems with this. As long as your employer (and that of your partner) is supportive and flexible, it is manageable. Both Wia and her husband chose to work 32 - 36 hours a week, this combined with being creative with time, there was always someone home to be with the children. She is convinced that it is possible to both have a career, even a scientific one, and have time to spend with your children.


Self-confidence

Wia Timmerman is happy and successful in her new position. It wasn’t easy to adapt to a totally different working environment. But she remained confident in her skills and learned about possibilities to grow and develop in different settings as well. This was an eye-opener for her. So to all PhD-students and postdocs who doubt about the future, she wants to say that a job in a non-academic environment can be as challenging and rewarding as an academic position. Most important is to believe in your own capabilities and find out where your interests are.

This article was originally published on the PCD-You blog of the Postdoc Career Development Initiative (PCDI)

Het beste recept voor broccoli

Broccoli is gezond. Het zit barstensvol met vitame C en anti-oxidanten, waar allerlei kankerbestrijdende eigenschappen aan worden toegeschreven. Voor de mensen die niet zo van broccoli houden zijn er voedingssupplementen te koop, poeders die gemaakt zijn van deze super-gezonde groente.

De gezonde eigenschappen in broccoli komen van het stofjeglucoraphanin, dat door een enzym uit de groente, myrosinase, wordt omgezet naar de actieve component. Dit gebeurt normaal bij het kauwen van broccoli, maar als je de groente te lang kookt, is het enzym onwerkbaar. In de menselijke darm komen bacteriën voor die dit enzym ook maken, en dus ook de actieve component uit broccoli kunnen halen. Echter, deze reactie is een stuk minder efficiënt dan de reactie door de broccoli-componenten zelf. Broccoli-poeders bevatten het enzym myrosinase ook niet,en zijn hierdoor een stuk minder werkzaam dan verse broccoli.

Verse broccoli-spruiten bevatten veel van het nuttige enzym myrosinase. Onderzoekers uit Illinois hebben nuonderzocht of het combineren van bepaalde voedingsmiddelen leidt tot een grotere omzetting vanglucoraphanin, en dus een grotere hoeveelheid van de actieve beschermende stof in de darmen. 3 groepen proefpersonen kregen óf broccoli-poeder, óf verse broccoli-spruiten, óf een combinatie van deze voedingsmiddelen te eten. Vervolgens werden in hun urine de stoffen onderzocht die vrijkomen bij de omzetting van glucoraphanin in de darmen.

En inderdaad bleek dat bij de personen die zowel broccoli-poeder als de spruiten te eten hadden gekregen, er meer goede voedingsstoffen vrijkwamen in de darmen, en er dus een gezonder effect is van de broccoli. Ook andere “scherpe” voedingsmiddelen, als mosterd, wasabi en waterkers bevatten veel van het enzym. Dus: combineer broccoli op de juiste manier en je kunt het beste eruit halen!

Hardlopen in een harnas

Na weer eens goed nat geworden te zijn bij een rondje hardlopen merk je altijd goed dat het extra gewicht in je natte kleren het lopen een stuk zwaarder maakt. Maar dat beetje extra gewicht is natuurlijk weinig vergeleken met wat militairen meeslepen op een missie. En al helemaal niets vergeleken met de metalen harnassen die soldaten in de middeleeuwen gebruikten als bescherming tijdens de veldslagen. Een groep Engelse onderzoekers wilden weten hoeveel extra energie dit de Middeleeuwse soldaten gekost zou hebben. Het is bekend hoeveel extra energie het dragen van een rugzak kost, maar harnassen zijn verdeeld over het hele lichaam en kunnen dus wel eens een ander effect hebben.


Een aantal vrijwilligers die regelmatig in (replica)-harnassen rondlopen voor optredens en demonstraties wilden wel meewerken aan het onderzoek. Deze mannen kregen verschillende soorten harnassen aan: Italiaanse, Duitse en Britse, met een gemiddeld gewicht van maar liefst 35 kilo (ongeveer 44% van hun lichaamsgewicht). Vervolgens werden ze op een loopband gezet en werd bij verschillende snelheden hun zuurstofverbruik gemeten. Via de website universiteit van Leeds is een geweldigfilmpje te zien van een volledig-in-harnas gestoken man met een ademhalings-masker op een loopband.Normaal is het voor een enigszins getrainde volwassen man geen probleem om gedurende een wat langere tijd 10km/uur te lopen. Maar met het zuurstofverbruik dat dit normaal zou kosten, kregen de mannen in een harnas hun snelheid niet veel hoger dan 6.5km/uur. De onderzoekers berekenden dat hardlopen met een harnas 1.9 keer zoveel energie kostte dan hardlopen zonder harnas; voor gewoon lopen was dit 2.3 keer zoveel. Dragen van harnas kost dus een hoop extra energie, en dat kan maar deels verklaard worden door het extra gewicht van al dat metaal. Wanneer iemand namelijk een rugzak van een vergelijkbaar gewicht draagt neemt het energieverbruik niet zo sterk toe, namelijk slechts 1.4 keer.

In hun studie laten de onderzoekers zien dat dit verschil door verschillende feiten kan worden verklaard. Ten eerste is het met een harnas moeilijker om je benen te bewegen, waardoor de “leg-swing”, de beweging van het been naar voren tijdens het lopen, korter duurde bij dezelfde inspanning, waardoor de stappen kleiner zijn. Daarnaast zagen de onderzoekers dat de harnas-dragers veel vaker ademhaalden, ondanks dat het totale adem-volume gelijk bleef. Het lijkt er dus op dat het harnas op de borst zorgt voor een minder diepe ademhaling, waardoor de loper vaker moesten ademhalen. En ook dit is natuurlijk niet bevorderlijk voor een sportprestatie.

De onderzoekers denken dat deze fysieke belemmeringen een grote invloed op de uitslag van veldslagen heeft gehad, waarbij bijvoorbeeld uitputting van een leger in harnassen leidde tot een verlies. Misschien kan zo de sportfysiologie de geschiedenis verklaren...

Dit artikel verscheen oorspronkelijk in de Tribune, het clubblad van triathlonvereniging GVAV te Groningen.