'Toen ik letterlijk zág hoe zenuwcellen net zoals in ons lichaam konden groeien in de kleine steigertjes die ik had ontwikkeld... Dat was zo'n bijzonder moment. Ik weet nog dat ik mijn vrouw belde en riep: "Het werkt!"' Het was 2017, Angelo Accardo werkte bij een onderzoeksinstituut in Toulouse. Het lukte hem zachte steigertjes te bouwen op nano-niveau, waarin levende cellen kunnen groeien alsof ze in ons eigen lichaam zitten. In een petrischaal blijft het weefsel plat en het neemt niet de vorm aan die het in ons lichaam doet. In Accardo's steigertjes kunnen bijvoorbeeld stamcellen uit menselijke hersenen natuurgetrouw uitgroeien tot hersenweefsel. De wereld van in vitro weefselkweek kreeg hiermee letterlijk een nieuwe dimensie.

Met en zonder autisme

Sinds 2019 werkt Accardo in Delft verder aan zijn vinding. Bij de faculteit Mechanical Engineering (ME) mag hij met een eigen groep onderzoekers op de afdeling Precision and Microsystems Engineering (PME) zijn vinding over de drempel helpen naar de mooist denkbare toepassingen.  

Zo mag Accardo met een beurs van wetenschapsfinancier NWO samen met VU-wetenschappers breinweefsel opkweken uit stamcellen van mensen met en zonder een autismespectrumstoornis. 'Als we in onze micro-omgeving zien dat zenuwstructuren zich verschillend gedragen bij iemand met en zonder autisme, helpt dat bij de diagnostiek. Ook ligt dan de weg open naar therapie-onderzoek.'

Fantastisch wow-moment

Recent lanceerde Accardo onderzoek om steigertjes te ontwikkelen om de dodelijkste vorm van hersenkanker te onderzoeken: glioblastoom. 'Het was een fantastisch wow-moment toen een masterstudent in mei 2021 liet zien hoe breinkankercellen in 3D anders op protonbestralingstherapie reageren dan in een 2D-kweek. We konden duidelijk het verschil bepalen in de hoeveelheid DNA-schade.' NWO gaf vervolgens subsidie om met LUMC en Holland Proton Therapy Center te gaan testen hoe de dodelijke hersentumor reageert op een mogelijke therapie met protonstraling. 

Dementie en dwarslaesie

Accardo hoopt de toepassing van zijn steigertjes uit te breiden naar hersenaandoeningen als Alzheimer en Parkinson. Op termijn wil hij steigertjes kunnen integreren in beschadigde delen van het menselijk brein, zodat het weefsel opnieuw kan groeien na bijvoorbeeld een beroerte. In theorie is ook beschadigd ruggenmerg, met dwarslaesie of totale verlamming als gevolg, te genezen met een stukje implantaat van gekweekte zenuwcellen. 'Dan moet er nog wel veel gebeuren. We moeten bijvoorbeeld grotere stukjes weefsel kunnen opkweken, millimeters of zelfs centimeters groot in plaats van de micrometers van nu. We moeten dan de steigertjes ook van materiaal kunnen maken dat veilig is om te implanteren, en het moet na verloop van tijd weer uit je lichaam verdwijnen.'

Vastbijten

Accardo vroeg zich af: waar wil ik later om herinnerd worden? Hij ging aan de slag met de zoektocht naar een mogelijkheid om celweefsel niet plat, maar driedimensionaal te kweken. Hij had geen idee of het wel kon. Experimenten mislukten, veel deuren bleven aanvankelijk dicht. 'Elke mislukking leidde tot reflectie en verbetering.'

Met speciale 3D-printtechnieken en twee soorten laser-fabricatietechnieken − twee-fotonpolimerisatie en stereo-lithografie − lukte het uiteindelijk om de juiste structuur op micrometerschaal of nog kleiner te maken. 'We moesten op zoek naar het meest geschikte materiaal: niet giftig voor cellen, en zacht genoeg. Hersenweefsel groeit het meest natuurgetrouw in heel zacht materiaal. Daarin kunnen de cellen onderling veel meer verbindingen aanleggen dan wanneer het materiaal wat stijver is.'

Maken, maar ook zien

Om dat allemaal te kunnen zien, had Accardo niet genoeg aan het kunnen maken van zijn steigertjes. 'Je moet ze niet alleen kunnen maken, je moet ook kunnen zien wat er in die steigertjes gebeurt. Daarvoor heb je speciale beeldtechniek nodig, en het lukte uiteindelijk om zelfs de meest verborgen stukjes van de 3D-structuren in beeld te brengen.' Toen dat goed bleek te werken, was daar het moment dat Accardo opgetogen naar huis kon bellen en uitroepen dat het was gelukt.

Accardo's 3D-celkweekmodellen kunnen medicijnontwikkeling flink vooruit helpen. 'Een medicijn ontwikkelen kost nu gemiddeld een miljard euro en het duurt twaalf jaar om het op de markt te brengen. Je begint met kweekweefsel in een petrischaal en test daarop duizenden verbindingen die mogelijk werken als medicijn. De succesvolle verbindingen test je vervolgens in dieren en daarna blijft hooguit een kleine selectie over die je op mensen kunt gaan testen.' De stap van de petrischaal naar onderzoek in dieren en mensen is enorm, vanwege het grote verschil tussen die twee modellen. 'Onze realistische 3D-modellen kunnen de weg vrijmaken naar sneller, efficiënter medicijnonderzoek met minder proefdieren.'

Geen loopbaanswitch meer

Accardo: 'Nu ik dit vanaf nul heb weten te realiseren, weet ik dag na dag en jaar na jaar dat dít is waarom ik bekend wil staan. Ik wil een steigertechnologie ontwikkelen om basismechanismen van celbiologie te onthullen en ziekten aan te pakken die onze samenleving raken. Ik wil degene zijn bij wie elke celbioloog kan aankloppen voor samenwerking aan projecten waarbij 3D-kweek nodig is.' Lachend: 'De komende drie decennia heb ik geen behoefte aan een loopbaanswitch. Met focus op het brein, en daarbinnen neurodegeneratieve ziekten en breinkanker, hoop ik een mooie bijdrage te leveren aan de gezondheidszorg.'

Zo'n enthousiaste wetenschapper, die aan zulke veelbelovende technologie werkt. Die is vast áltijd aan het werk? 'Dat is inderdaad wel zo geweest', lacht Accardo, 'Maar de geboorte van mijn dochter in 2017 veranderde alles. Ik hecht nu veel meer waarde aan quality time met mijn gezin en daarnaast met mijn familie in Italië.' Wie weet kan Accordo’s vinding in de toekomst het verschil maken in families die te maken krijgen met dementie, kanker of een beroerte.

Meer informatie over de beschreven NWO-projecten op het gebied van glioblastoom en autisme.