Waarom onderzoekers levende cellen willen laten zweven in sterke magnetische velden

Al jaren werken onderzoekers aan het kweken van organen uit levende cellen in het laboratorium. Dit gekweekte weefsel zou ooit een oplossing kunnen zijn voor het tekort aan donororganen. Het onderzoeksgebied heeft onderweg al enkele grote successen geboekt. Toch blijft het exacte proces waarbij cellen samengroeien tot weefsel en zo organen vormen, zeer moeilijk na te bootsen in een laboratoriumomgeving.

Weefsel in ons lichaam groeit natuurlijk niet plat, zoals het in een petrischaal in het lab zou doen – om een orgaan te creëren, moeten cellen in 3D groeien. In het laboratorium kun je een matrijs  van biomateriaal gebruiken om ze in de juiste vorm te laten groeien, maar doordat dit materiaal uiteindelijk afbreekt, kunnen de vorm en functie van het orgaan in de loop van de tijd veranderen. Daarom ontstond er een nieuw idee: externe invloeden, zoals een magneetveld, gebruiken om de cellen te laten zweven en ze zo te sturen naar een 3D-structuur.

Levende cellen laten zweven

Niet zo lang geleden kwamen onderzoekers naar HFML-FELIX om te onderzoeken of magnetische levitatie gebruikt kon worden om cellen in 3D-vormen te laten groeien en ze vervolgens in die vorm te houden totdat de constructie sterk genoeg was om op eigen kracht te ‘staan’. Dat kan alleen als de cellen in een zeer specifieke magnetische zoutoplossing worden gestopt. Dit zout is echter in hoge concentraties zeer giftig voor de cellen. En als je kleine hoeveelheden gebruikt, heb je zeer krachtige magneten nodig om hetzelfde zweefeffect te bereiken.

Dat is waarom de onderzoekers uiteindelijk bij HFML-FELIX in Nijmegen terechtkwamen, waar zulke magnetische velden in een onderzoeksomgeving kunnen worden opgewekt. Wat je uiteindelijk wilt bestuderen, als het je lukt de cellen te laten zweven, is: kunnen ze zich samenvoegen tot verschillende vormen? En wat beïnvloedt de vorm die je krijgt? Kun je hiermee spelen door bijvoorbeeld het magneetveld aan te passen, of het preparaat in de opstelling te verplaatsen?

Een nieuwe microscoop bouwen

Tegenwoordig werkt HFML-FELIX-onderzoeker Hannah Willenberg aan het beantwoorden van deze vragen met nieuwe experimenten. Ze kijkt niet alleen naar zwevende cellen en het creëren van nieuwe samenstellingsvormen, maar bestudeert tegelijkertijd ook wat het magneetveld met de cellen doet. Om dit te onderzoeken moest ze een eigen confocale microscoop bouwen die compatibel is met de magneet en die beelden kan maken vanaf een meter afstand van het monster. Want zo diep moeten de preparaten zitten om ze op de juiste plek in de magneet te krijgen voor het sterkste magneetveld.

‘Een groot deel van mijn promotieproject bestaat uit het vanaf nul opbouwen van deze onderzoeksopstelling’, zegt Willenberg. ‘De microscoop moet vlakbij de magneet worden gemonteerd, zonder de magneet aan te raken, om trillingen veroorzaakt door de waterkoeling van de magneet te vermijden. Zoals je je kunt voorstellen, maken trillingen een afbeelding wazig, en we willen zo scherp mogelijke beelden. Het goede nieuws is: nu deze microscoop werkt, kunnen we die ook voor andere onderzoeksvragen gebruiken. Hij is geschikt voor elk experiment waarbij je een klein preparaat op kamertemperatuur wilt bekijken in het centrum van een magnetisch veld of onder microzwaartekrachtomstandigheden.’

Hoe je het proces zichtbaar maakt

Om daadwerkelijk te zien wat het magnetische veld met een levende cel doet, heb je meer nodig dan alleen de microscoop. Je moet een manier vinden om de veranderingen zichtbaar te maken die een cel ondergaat. Dit kan door bepaalde delen van de cel een fluorescerend label te geven dat je kunt zien wanneer je een afbeelding maakt met de microscoop. Wanneer dat deel van de cel afbreekt of zijn gedrag verandert, kun je deze veranderingen in de beelden zien. Dit zijn belangrijke experimenten als je magnetische velden daadwerkelijk wilt gebruiken om orgaanweefsel te creëren. Je moet er zeker van zijn dat het magnetische veld de cellen niet beschadigt.

Levende cellen laten zweven

Eén van de volgende stappen is het laten zweven van cellen in de magneet om te zien of zo nieuwe vormen en gelaagde structuren vormen. ‘Hoewel we magnetische velden al gebruiken voor medische toepassingen – denk aan MRI-scanners in ziekenhuizen – is er nog veel wat we niet weten over het effect van sterke magnetische velden op levende cellen’, legt Willenberg uit. ‘Er is nog veel onderzoek te doen. En ik hoop dat mijn experimenten kunnen bijdragen aan onze kennis over dit onderwerp.’

Credit afbeelding: Gideon Laureijs