Al ruim vijftien jaar zoeken wetenschappers naar de gouden formule om hartkleppen te kweken met lichaamseigen cellen. Nu lijkt er eindelijk een methode te zijn gevonden waarmee hartkleppen ontstaan die wél op lange termijn blijven doen waarvoor ze bedoeld zijn: het terugstromen van bloed tegengaan. Cruciaal blijkt de exacte vorm van de klepjes, die werd gevonden door uitgebreid rekenwerk aan de TU Eindhoven. De resultaten, behaald samen met Universität Zürich en Charité Universitätsmedizin Berlin, staan in het journal Science Translational Medicine.
Tien proefschapen kregen een nieuwe hartklep in dit onderzoek. Na een jaar bleken de kleppen nog prima te functioneren, wat een unicum is voor hartkleppen die in het laboratorium gekweekt zijn Want bij alle eerdere dierstudies, raakten de ontwikkelde kleppen uiteindelijk misvormd. Ze krompen vooral, waardoor de drie klepblaadjes te kort werden en dus teveel bloed doorlieten. Het geheime wapen van de nieuwe klepblaadjes is hun ‘buikje’.
Het geheime wapen van de nieuwe klepblaadjes is hun ‘buikje’
Onderzoekers van de TU Eindhoven ontwikkelden een betrouwbaar wiskundig model waarmee ze kunnen voorspellen hoe een klepje zich zal ontwikkelen. De krachten die de cellen in de klepblaadjes ondergaan, spelen daarin een belangrijke sturende rol. Is deze belasting niet goed, dan krimpt het weefsel te sterk. Bepalend is enerzijds de pulserende kracht die het bloed uitoefent op de klepblaadjes, en anderzijds de vorm van de klep, die bepaalt hoe de blaadjes de krachten intern opvangen. De Eindhovense onderzoekers berekenden dat, om de juiste vorm te houden, de klepblaadjes een bolling nodig hadden, een belly curvature. Met een nieuwe techniek om deze vorm te verkrijgen zijn de hartkleppen in het laboratorium gekweekt.
Bij de proefschapen in Berlijn veranderde de vorm wel iets, maar precies zoveel als het Eindhovense model had voorspeld. Bovendien was de vorm en functie van de kleppen na een half jaar stabiel, wat ook was voorspeld. Bij negen van de tien schapen was de bloedterugstroom door de klep na een jaar nog steeds gelijk aan die van goed functionerende ‘normale’ kleppen.
Behalve bij één schaap dus, maar zelfs dat was voorspeld. “We kregen één klep niet goed over de oude kleppen geplaatst. Daardoor was de belasting niet optimaal, en dus de ontwikkeling van de klep niet. We hebben na de ingreep doorgerekend wat de effecten zouden zijn, en dat kwam uit”, vertelt Frank Baaijens trots, hoogleraar in Eindhoven. “We kunnen dus succes en falen van deze kleppen voorspellen. We snappen nu voor het eerst echt wat er gebeurt.”
“We snappen nu voor het eerst echt wat er gebeurt”
De gehanteerde kweekmethode begint bij een kunstmatig materiaal, in de vorm van een hartklep, waarin de onderzoekers cellen laten groeien – dit allemaal nog buiten het lichaam. Binnen twee maanden hebben die cellen hun eigen draagstructuur gemaakt, de zogenaamde extra-cellulaire matrix, en is het kunstmatige materiaal geheel opgelost. Vervolgens worden de cellen uit die matrix gehaald, en daarmee is er een volledig biologische basis voor een hartklep klaar, die een jaar op de plank kan blijven liggen. Artsen kunnen die celloze klep vervolgens inbrengen bij een patiënt, met een minimaal-invasieve ingreep via de lies. De ingebrachte klep functioneert meteen volwaardig. En hij begint direct cellen aan te trekken uit de bloedbaan, waardoor er langzaam weer een levende, volledig biologische klep ontstaat.
Ondanks de doorbraak verwacht Baaijens dat het nog wel een aantal jaren duurt voordat de techniek bij mensen beproefd gaat worden. Eerst gaan de onderzoekers hun werk herhalen, maar dan met een grotere serie experimenten, zodat de resultaten betrouwbaarder zijn. Daarnaast is in Zwitserland een groot klinisch vervolgonderzoek begonnen, waarbij mensen een bloedvat krijgen op basis van dezelfde techniek. Als de resultaten van beide onderzoeken goed zijn, kunnen daarna de eerste proeven met mensen gedaan worden. Een volgende stap wordt het ontwikkelen van hartkleppen voor de hoge-drukzijde van het hart, vertelt Baaijens. “De nu ontwikkelde kleppen zitten aan de lage-drukzijde. Het is een flinke uitdaging om die geschikt te maken voor de hoge-drukkant. Als dat lukt, dan gaat er een wereld van mogelijkheden open.”
Het paper ‘Computational modeling guides tissue engineered heart valve design for long-term in vivo performance in a translational sheep model’ is op 9 mei gepubliceerd in Science Translational Medicine. De coördinatie van het onderzoek was in handen van hoogleraar Simon Hoerstrup uit Zürich, die het idee voor een gekweekte hartklep bedacht, in 2001. Het modeleringswerk werd in Eindhoven gedaan, net als het kweken van de basiskleppen. Charité Universitätsmedizin Berlin voerde de experimenten uit.
Onderzoekers Bart Sanders, Sandra Loerakker en Frank Baaijens met de door hun ontwikkelde hartklep. Rechts de kunststof mal, ontworpen op basis van geavanceerde computermodellen. Links de hartklep die met behulp van deze mal gekweekt is. Na de kweek worden de cellen uit de hartklep verwijderd, waarna een celloze extracellulaire matrix (ECM) overblijft. Deze ECM wordt geïmplanteerd in het lichaam en trekt vervolgens cellen vanuit de bloedbaan en omliggend weefsel aan om weer een levende hartklep te worden. Foto: Bart van Overbeeke/TU Eindhoven
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
