## 5. Draagstructuur

Draagstructuren (scaffolds) zijn de bouwstenen bij tissue engineering, hierop worden de cellen gezaaid, om later terug in het lichaam te plaatsen.

5.1 Materiaalkeuze

De materialen voor de draagstructuur moeten aan een aantal eisen voldoen. Ten eerste moeten ze biocompatibel zijn. Dit wil zeggen dat het materiaal niet word afgestoten door het menselijk lichaam zelf. Bij afstoting "bouwt" het lichaam zelf een soort cocon om het materiaal, zodat het niet meer wordt gevoed door het lichaam. Bepaalde metalen, zoals titanium, zijn biocompatibel. Stel je eens voor dat je met de fiets een ongeluk krijgt met een rijdende auto. Dit kan een flinke smak geven, waardoor je bovenbeen is verbrijzeld. Dit is vervelend, want op dit moment kunnen ze nog geen heel nieuw bovenbeen maken bij tissue engineering. Wat nu wel kan, is een metalen pin als draagstructuur gebruiken die de stevigheid biedt voor het bot dat er omheen kan groeien. Dit is een voorbeeld hoe je metaal goed kan gebruiken als draagstructuur, maar er zijn ook andere materialen hiervoor goed geschikt, bijvoorbeeld keramiek.

Een ander voorbeeld is dat je met een aantal vrienden gaat voetballen. Heel leuk, maar net het moment dat jij wilt schieten, botst je tegenstander tegen je been. Aangekomen bij de dokter legt hij je uit dat je je meniscus hebt gescheurd (de meniscus is een schijfje kraakbeen in de knie). Flink balen natuurlijk. Om dit te kunnen genezen met tissue engineering heb je een draagstructuur nodig die, naast biocompatibel, bioresorbeerbaar moet zijn. Dit betekent dat het materiaal uiteindelijk helemaal oplost in het lichaam. Het gekweekte weefsel moet helemaal het originele weefsel vervangen, er mogen geen sporen van een ander materiaal in je meniscus overblijven. Metaal en keramiek zijn beide niet bioresorbeerbaar, daarom moeten we op zoek naar andere materialen, zoals polymeren.

Een polymeer is een verbinding die uit een lange reeks van bouwstenen van dezelfde soort moleculen bestaat. Deze bouwstenen worden repeterende eenheden of monomeren genoemd. Door zowel het type als het aantal monomeren te veranderen, kun je polymeren met zeer verschillende eigenschappen maken.

Bepaalde polymeren zijn zowel biocompatibel als bioresorbeerbaar. Daarnaast heeft je meniscus nog een typische bouw. Hiermee wordt bedoeld dat het dezelfde afmetingen (vorm en grootte) moet hebben als jouw eigen meniscus. In Figuur 11 zie je een meniscus die met behulp van tissue engineering is gemaakt.

Er is nu voldaan aan de drie bovengenoemde aspecten: het materiaal is biocompatibel, bioresorbeerbaar en heeft een typische bouw. Helaas is dit nog steeds niet voldoende, want we hebben nog geen rekening gehouden met de mechanische aspecten van de meniscus. Met het buigen van je knie, moet je met de meniscus de krachten kunnen verdelen van je dijbeen op het scheenbeen. Daarnaast moet je meniscus stevig genoeg zijn om niet weggedrukt te worden door je dijbeen bij het lopen of stilstaan (door zwaartekracht). In hoofdstuk 6 gaan we dieper in op krachten die bij tissue engineering komen kijken.

5.2 Architectuur van de draagstructuur

De architectuur van de draagstructuur is erg belangrijk. Omdat de draagstructuur in de loop van de tijd afgebroken wordt, moeten de cellen ook binnenin de draagstructuur kunnen komen. Dit kan door een draagstructuur met poriën te gebruiken. Poriën zijn kleine holtes in de draagstructuur waarin de cellen zich kunnen nestelen. De grootte van de poriën is van belang, omdat de poriën plaats moeten bieden aan de gekweekte cellen die zich er op vasthechten. Deze cellen moeten ook van voedingstoffen worden voorzien, daarom moeten de poriën groot genoeg zijn. Typische grootte van deze poriën is tussen de 20 en 200 μm, dat is ongeveer de dikte van een mensenhaar (Figuur 12).

5.3 Cellen aanbrengen

De cellen worden op het oppervlak van een draagstructuur aangebracht, waarna ze de poriën in kunnen migreren (Figuur 13). Er is een draagstructuur nodig van een biomateriaal waar de cellen zich aan kunnen hechten. Vaak zal dit betekenen dat de draagstructuur positieve of negatieve ladingen bevat waaraan de cellen zullen binden. Er kan een ionbinding of waterstofbrug worden gevormd.

Een andere manier om cellen aan te brengen, is de cellen als het ware te vangen in een draagstructuur. Hierbij start je met een oplossing met cellen, je voegt hieraan chemicaliën toe waardoor gelvorming optreedt en de cellen ingesloten worden (Figuur 14).