Verband zeigt Infektionen anWetenschappers van de Radboud Universiteit gaan een slimme wondpleister maken op basis van een door hen ontdekte supergel. De gel, die lijkt op materiaal in het menselijk lichaam, moet de wondheling aanzwengelen en littekens helpen voorkomen.

Twee jaar geleden stuitte de Nijmeegse onderzoeksgroep van moleculair chemicus Alan Rowan per toeval op een wel heel bijzonder materiaal. Op een dag zetten ze een polymeeroplossing in de koelkast. Door de kou bleek het polymeer volledig op te lossen in het water. En helemaal bijzonder: toen de vloeistof daarna opwarmde buiten de koelkast ontstond er een dikke gel.

Het was een unieke vondst, die indruist tegen de intuïtie. Wie wel eens een taart glazuurt, weet dat gelatinevellen opgelost in water in de koelkast juist opstijven. Eigenlijk doen alle gelen dat. Maar bij een oplossing met het synthetische polymeer polyisocyanopeptide (PIC) gaat het andersom.

Supergel

De onderzoekers publiceerden in 2013 al over dit opmerkelijke verschijnsel in het gezaghebbende tijdschrift Nature. Maar het het materiaal bleef niet op de plank liggen. “Vanuit de hele wereld reageerden bedrijven met de meest gekke toepassingen voor de gel, zoals sportbeha’s die tijdens het bewegen door de opwarming van het lichaam stijver worden en meer ondersteuning geven”, vertelt Rowan, “Of voor vloeibare pesticiden die vast worden zodra je ze op planten spuit, waardoor de afgifte van pesticiden geleidelijk gaat over langere tijd.” De gel stond binnen een mum van tijd bekend als ‘supergel’.

Rowans onderzoeksgroep aan de Radboud Universiteit ontving afgelopen december een onderzoeksbeurs van 350.000 euro van Stichting Technologie en Wetenschap (STW) en in februari een beurs van 2 miljoen euro van financier ZonMW. Verdere financiering komt van het Zwaartekracht-programma Functionele Moleculaire Systemen (ministerie van OCW). Met dit geld gaat de onderzoeksgroep een serieuze stap zetten om de supergel toepasbaar te maken als wondpleister.

Collageen

De supergel gedraagt zich hetzelfde als de extracellulaire matrix (ECM) in het menselijk lichaam. Dit is een netwerk van moleculen dat zich tussen de cellen bevindt, en elasticiteit en ondersteuning geeft aan weefsels. De belangrijkste onderdelen van de ECM zijn de natuurlijke polymeren collageen en fibrine. Beide polymeren bestaan uit lange ketenvormige moleculen die weer zijn opgebouwd uit kleine eiwitbouwstenen.

Cellen ‘voelen’ hun omgeving door constant te trekken aan dit netwerk van polymeren. En hoe harder cellen eraan trekken, hoe stijver het netwerk wordt. “Dat is een eigenschap van alle natuurlijke polymeren. Maar ons synthetische polymeer wordt ook een factor honderd stijver als cellen eraan trekken. Andere synthetische materialen hebben deze eigenschap niet”, legt Rowan uit.

Bestuurbaar en steriel

Naast de gelijkenis met het menselijk lichaam heeft de gel nog een groot voordeel: hij is te besturen. Door met de lengte van de polymeren te spelen is in te stellen bij welke temperatuur het polymeer van vloeibaar verandert in een gel. “We wisten destijds direct dat we een interessant materiaal in handen hadden”, aldus Rowan. “Maar bedrijven willen een afgerond product. Wat wij hadden was een ontdekking waarover de meeste kennis nog ontbrak. We wisten bijvoorbeeld niet of we de kwaliteit konden garanderen, of het materiaal giftig was voor cellen, hoe lang het mee gaat en of we de gel kunnen aanpassen door er biologische moleculen op te zetten. We moesten eerst precies begrijpen hoe de gel chemisch en fysisch gezien werkt.”

Twee jaar ploeteren in het lab later, is dat nu duidelijk. Het materiaal is niet giftig, wordt goed opgenomen door het lichaam en na verloop van tijd ook weer door het lichaam afgebroken. “En uit de eerste studies blijkt dat het materiaal helpt om wonden te helen”, voegt Rowan eraan toe.

Het materiaal is ideaal voor wonden omdat het rechtstreeks in een wond te gieten is. Rowan: “De warmte van het lichaam tovert de vloeistof om tot een gel. In de gel zitten kleine poriën die vocht van de wond naar buiten laten, maar te klein zijn voor bacteriën om naar binnen te sluipen. De gel vormt een steriele pleister die bovendien pijnloos te verwijderen is: door er een zak ijs tegenaan te houden wordt de gel vloeibaar en makkelijk af te spoelen.”

Actieve pleister

Het proces achter wondheling zit erg ingewikkeld in elkaar. Vandaar dat Rowan voor verdere ontwikkeling van de wondpleister gaat samenwerken met hoogleraar Esther Middelkoop van de Vrije Universiteit in Amsterdam. Zij is gespecialiseerd in wondheling. Ook de Brandwondenstichting is enthousiast en werkt mee.

Daarnaast stelde Rowans onderzoeksgroep ook een team samen met John Jansen, tandarts en hoogleraar Biomaterialen van het Radboudumc, en die onder andere werkt aan het voorkomen van littekenvorming. “Littekens in de mond zijn echt een probleem”, legt Rowan uit. “Door een litteken trekt het weefsel samen, waardoor het normaal openen van de mond erg moeilijk kan worden.” Ook gaan ze testen of de pleister werkt in diepe wonden, zoals ze vaak in de mond voorkomen door tandvleesontstekingen. De gel is makkelijk in zulke holtes te injecteren en stolt daar vanzelf door de warmte.

Het ultieme doel is dat de wondpleister ook de juiste cellen in een wond laat groeien. Rowan: “De meeste wondverbanden zijn passief, ze dekken het gat af en houden bacteriën tegen. Maar wij hebben een materiaal dat lijkt op de extracellulaire matrix die cellen stimuleert te gaan groeien.” Om wonden te sluiten zonder dat er littekens ontstaan is de elasticiteit van collageen en vooral fibrine essentieel. De mate van elasticiteit in hun omgeving vertelt cellen namelijk welk celtype ze moeten worden. “Door de elasticiteit van de gel aan te passen kunnen we cellen laten groeien op een manier dat ze nieuwe huid maken en geen littekens.”

Kennis overdragen

Om van de Nijmeegse supergel efficiënt een product te maken dat artsen en tandartsen kunnen gebruiken in de kliniek, is er een nieuw bedrijf opgericht: Secmatix, een afkorting voor synthetische extracellulaire matrix. Rowan: “Wij hebben alle kennis van hoe dit materiaal werkt en hopelijk kunnen we die kennis overdragen aan het bedrijf. Zij nemen de ontwikkeling tot een afgerond product van ons over.”

En dat is maar goed ook. Nog steeds wordt de Nijmeegse chemicus overspoeld met email van mensen die wel wat zien in de supergel. Rowan: “Zelf kon ik al die verzoeken en ideeën niet meer aan. Ik ben blij dat we nu Secmatix hebben om zich bezig te houden met de vele potentiële toepassingen.”

Afbeelding: Fraunhofer EMFT

Dit achtergrondartikel verscheen 30 maart 2015 op Kennislink

Reageer