‘Stukjes weefsel kweken is nog heel lastig’
Roxanne Kieltyka van de Universiteit Leiden hoort bij de ‘Talented Twelve’, de twaalf meest veelbelovende chemici wereldwijd. NEMO Kennislink sprak haar over vierkante moleculen en het kweken van stamcellen.
R. Kieltyka, met toestemming
Ieder jaar organiseert het Amerikaanse vakblad C&EN (Chemistry & Engineering News) de verkiezing van de Talented Twelve: twaalf jonge chemici ‘die de toekomst van dit vakgebied gaan vormgeven’. Uit de meer dan 350 nominaties werd dit jaar Roxanne Kieltyka, assistant professor aan de Universiteit Leiden, verkozen tot een van deze twaalf talenten. De jury was onder de indruk van de manier waarop ze de ontwikkeling van nieuwe materialen combineert met een biomedische toepassing. Kieltyka ontwerpt en bouwt zachte, gelachtige materialen waarin ze levende cellen wil laten groeien. NEMO Kennislink zocht haar op om te horen hoe en waarom ze dat doet.
Kun je iets vertellen over de materialen die je ontwerpt? Waar bestaan die uit?
“Het zijn materialen die zichzelf vormen. Wij maken de bouwstenen en onder de juiste omstandigheden gaan die bouwstenen uit zichzelf op een specifieke manier aan elkaar plakken zodat er heel lange vezels ontstaan. Die vezels vormen samen een netwerk dat heel veel water kan opnemen, waardoor een gel ontstaat. Een zacht, maar tegelijkertijd stevig materiaal, vergelijkbaar met een gelatinepudding.”
En daar wil je cellen in laten groeien?
“Wij willen deze gel gebruiken om zogeheten geïnduceerde pluripotente stamcellen te laten groeien en ontwikkelen. Onze gel is geïnspireerd op de extracellulaire matrix in ons lichaam. Dat is ook een gelachtig materiaal dat onze cellen omhult en waaruit allerlei signalen komen die groei en ontwikkeling van cellen, ook van stamcellen, aansturen. Al die signalen en kenmerken van de omgeving bepalen tot welk type cel een stamcel zich ontwikkelt. Ons onderzoek richt zich op het ontwerpen van een gel die de natuurlijke omgeving van een stamcel nabootst. We concentreren ons nu vooral op de vraag hoe stevig een gel moet zijn om te zorgen dat de stamcel zich op de gewenste manier ontwikkelt.”
Maar hoe ga je dat gebruiken? Moet die gel in het lichaam de ontwikkeling van stamcellen aansturen?
“Nee, dat is niet het plan. Het gaat ons om weefselkweek, dus het opkweken van stamcellen in het laboratorium tot kleine stukjes weefsel die je kunt gebruiken om bijvoorbeeld de werking en veiligheid van nieuwe geneesmiddelen te testen. Maar dit type materialen zou je ook kunnen inzetten voor toepassingen in het lichaam, zodat daar nieuw weefsel groeit.”
Stamcellen kweken in het lab gebeurt toch al?
“Ja, stamcellen laten groeien lukt wel, maar het kweken van een stukje functioneel weefsel is nog heel erg lastig. We hopen dat onze materialen als een goede ‘steiger’ fungeren, zodat de stamcellen precies het juiste houvast krijgen en echte weefsels gaan vormen.”
Hoe kies je welke moleculen je het best kunt gebruiken om een gel te maken die de gewenste eigenschappen heeft?
“Tegen het eind van mijn postdoc-onderzoek stuitte ik op een artikel over squaramides, moleculen met een vierkante structuur, en dat leek mij een kansrijke kandidaat voor dit type materialen. We hebben drie squaramides gekoppeld aan een centraal stikstofatoom. Dat vormt samen een soort platte schijf en deze schijfjes kunnen heel mooi op elkaar stapelen en zo lange vezels vormen. Aan iedere squaramide zit nog een lange ‘staart’ en die staarten gaan ook aan elkaar plakken waardoor er een stevig netwerk ontstaat.”
R. Kieltyka, met toestemming
Hoe maak je zo’n ingewikkeld molecuul?
“Eigenlijk bouwen we de structuur van buiten naar binnen toe op. We maken eerst de staarten, dat gaat in meerdere stappen, en aan iedere staart koppelen we een molecuul dat daarna verder reageert om de squaramide te vormen. Als laatste koppelen we aan iedere arm van het centrale deel een squaramide met staart.”
R. Kieltyka, met toestemming
En dan vormt alles zich tot een gel?
“Nee, niet meteen. We hebben verschillende methoden geprobeerd en sonificatie werkt het best. Je stuurt dan geluid door een waterige oplossing van deze moleculen en die trillingen zorgen ervoor dat de zelfassemblage op gang komt. We hebben nog niet tot in detail bestudeerd hoe dat werkt. Maar het is bekend dat de trillingen van het geluid ongewenste samenklonteringen kan verbreken, waardoor het vormen van de vezels opnieuw begint en dan een gel oplevert.”
Is het al gelukt om stamcellen te kweken in deze gel?
“We hebben stamcellen in de gel gekweekt, maar de volgende stap is om te proberen of we die stamcellen ook kunnen aanzetten tot differentiatie, dus dat ze zich dan ook echt gaan ontwikkelen tot functionele, volgroeide cellen die een levensecht weefsel gaan vormen. Dat gaan we voor verschillende typen stamcellen proberen.”
En dat moet uiteindelijk leiden tot…?
“Wat ik uiteindelijk hoop te bereiken is dat we onze squaramidebouwsteen als een basis kunnen gebruiken voor een geheel nieuwe klasse van gelachtige materialen die precies zijn afgestemd op het type weefsel dat je wilt kweken. Dat we precies weten hoe stijf de gel moet zijn en welke chemische signalen die moet bevatten. Een soort collectie van onderdelen waarmee je de juiste gel kunt maken. Dat zou heel mooi zijn.”
