Op Nederlandse bodem is het meest complete levende 3D-model van een menselijk bot ontwikkeld, valt te lezen in Advanced Functional Materials.

Organoïden – in het lab gekweekte orgaantjes – zijn ontzettend handige modelsystemen, en vormen als het ware een brug tussen losse cellen en proefdieren of mensenstudies. Maar voor botten waren die nog niet goed ontwikkeld. Tot nu toe, laten de groepen van Nico Sommerdijk (Radboudumc) en Sandra Hofmann (TU Eindhoven) zien. Zij maakten een botorganoïde: een complex systeem van osteocyten vastgelegd in een door osteoblasten geproduceerde collageenmatrix. Het gemineraliseerde geheel lijkt zo nog het meest op gewoven botten zoals je die vindt in het embryonale ontwikkelingsstadium of net na een botbreuk.

De onderzoekers gebruikten menselijke mesenchymatische stamcellen – waaruit onder meer botcellen kunnen ontstaan – uit beenmerg en lieten die differentiëren op poreuze zijde-eiwitten (fibroïnen). Vervolgens ondergingen de cellen mechanische stimulatie en ontwikkelden daardoor een extracellulaire matrix. Toen het team de cellen met Fourier-transform infrared-spectroscopie (FTIR) bekeek leken ze nog het meest op embryonische kippenbotjes.

Vanuit die primaire cellen volgden de wetenschappers vier weken lang de groei van pre-osteoblast (bovenste afbeeldingen) naar osteoblast (middelste) tot osteocyt (onderste) met immunohistochemie, waarbij je specifieke biomarkers volgt die karakteristiek zijn voor de verschillende stadia. De volwassen osteocyten brachten zelfs sclerostine tot expressie, wat een indicatie is dat de signaleringsfunctie van de botcellen werkt.

Verder bleek dat de osteocyten zichzelf ook organiseerden in een heus cellulair netwerk binnen het gemineraliseerde collageenmatrix. Met fluorescentie- en 3D focused ion beam/scanning electron-microscopie bevestigden de onderzoeksgroepen dat de cellen met elkaar konden communiceren, en dat de uiteindelijke organoïden een mix zijn van osteoblasten en osteocyten, net als in echt gewoven bot.

Zo’n compleet botmodel biedt mogelijkheden om osteoporose of andere botaandoeningen gedetailleerder te onderzoeken, of om het effect van medicijnen op bot(vorming) te bestuderen. Uiteindelijk zou je met stamcellen van een patiënt persoonlijke organoïden kunnen kweken om te bepalen welk medicijn het best aanslaat bij de specifieke patiënt: personalised medicine komt zo steeds dichterbij.

_{AKiva, A. et al. (2021) Adv Funct Mater 3}