Het gebruik van kunstweefsel om biohybride robotica van energie te voorzien
Een dunne cellulaire laag genaamd epitheel bedekt elk oppervlak van ons lichaam, zowel inwendig als uitwendig. Voorbeelden van epitheelweefsel zijn de buitenste laag van onze huid (de opperhuid), de bekleding van onze buikholte en onze zweetklieren. “Een goed voorbeeld is de wand van onze darmen, die voedingsstoffen en vloeistoffen moeten opnemen,” zegt coördinator van het EpiFold-project Xavier Trepat(opens in new window) van het Instituut voor Bio-engineering van Catalonië(opens in new window) in Spanje. “Epitheelweefsel fungeert als een barrière, maar bovendien is het zeer specifiek en zeer functioneel.” Deze functionaliteit wordt bepaald door de driedimensionale (3D) vorm van het weefsel. Hoe processen zoals vervorming, groei en hermodellering worden gecombineerd om functionele 3D-structuren te creëren, is echter nog grotendeels onbekend. Dit is iets wat het EpiFold-project, ondersteund door de Europese Onderzoeksraad(opens in new window), wilde aanpakken. Door het blootleggen van de processen die de vorm en mechanica van epitheelweefsel moduleren, wilde het projectteam bovendien de deur openen naar de creatie van biohybride robots van de volgende generatie. Deze zouden op een dag toegepast kunnen worden in bijvoorbeeld de gezondheidszorg.
Het gedrag van epitheelweefsel begrijpen
“We begonnen met het ontwikkelen van technologie om de mechanica van deze lagen te meten en te manipuleren,” legt Trepat uit. “We wilden het gedrag van epitheelweefsel beter begrijpen, vooral in de darmwand.” Om dit te bereiken, werden organoïden – 3D-weefselculturen afgeleid van stamcellen – gebruikt om te bestuderen hoe epitheelweefsel 3D-vormen aanneemt. Geavanceerde technologieën zoals micropatronen, microfluïdica, optogenetica en mechanische engineering werden toegepast om het gedrag van epitheelweefsel beter te begrijpen. “We wilden ook zien of we deze dynamische cellen konden gebruiken om engineering-componenten te bouwen,” voegt Trepat toe. “Cellen hebben eigenschappen die inerte materialen niet hebben, zoals zelfherstellendheid en zelfvoorzienendheid.”
Divisie, migratie en fysiologische functieverandering
Het project was in staat om nieuwe technologieën te ontwikkelen om het gedrag van deze cellen te meten. “De darmen zijn in een constante staat van zelfvernieuwing,” legt Trepat uit. “Het hele oppervlak van onze darm wordt elke week vernieuwd dankzij cellen die zich delen en migreren, hun fysiologische functie veranderen en uiteindelijk afsterven. Het is een zeer dynamische omgeving.” Het EpiFold-project heeft nieuw licht geworpen op hoe dit proces precies werkt en hoe het oppervlak van onze darmen zichzelf vernieuwt. “We begrijpen nu beter welke fysieke krachten erbij betrokken zijn,” merkt Trepat op. “We kunnen deze processen in vitro visualiseren met behulp van onze organoïde in combinatie met onze meettechnologieën.” Organoïde experimenten hebben ook aangetoond dat metastatisch recidief in colorectale kanker(opens in new window) voortkomt uit achtergebleven EMP1+ cellen in epitheelweefsel. Dit bouwt voort op onderzoek dat suggereert dat tumoren de functies van niet-kankercellen in hun micro-omgeving benutten om binnen te dringen en uit te zaaien. “De focus van het project was de darm,” zegt Trepat. “Er zijn echter veel andere weefsels – long, borst en huid bijvoorbeeld – waar onze technologieën kunnen worden toegepast.”
Van cellen materiaalbouwstenen maken
EpiFold, dat in december 2025 klaar moet zijn, zal zich nu richten op het meest ambitieuze deel van het project – cellen omzetten in bouwstenen van materialen. “We weten dat dit heel moeilijk zal zijn, maar we zijn al begonnen om dit te proberen,” merkt Trepat op. “We kunnen kleine kanalen van cellen maken en zijn aan het kijken hoe we cellulaire pompen kunnen genereren.” Het aantrekkelijke van het gebruik van cellen is dat ze leven. Toepassingen kunnen daarom zelfvoorzienend en zelfhelend worden gemaakt, en functies uitvoeren die anders moeilijk uit inert materiaal te maken zouden zijn. Potentiële eindtoepassingen zijn medicijntoediening en chirurgie, waarbij vervormbare materialen zeer nuttig zouden zijn. “Dit is onderzoek met een hoog risico en het is nog steeds niet duidelijk voor welk specifiek eindgebruik deze technologie zou kunnen worden gebruikt,” voegt Trepat toe. “Dit werk zal tijd kosten, omdat we nog zoveel moeten leren over het gedrag van deze cellulaire systemen.”
