Nieuws Botten maken is minder moeilijk dan gedacht
8 oktober 2020

De manier waarop botvorming plaatsvindt, moet worden herschreven. Dat blijkt uit een publicatie van onderzoekers van het Radboudumc en collega’s in Nature Communications. Voor botvorming zijn helemaal geen complexe biomoleculen in collageen nodig. Het maken van botvervangers en biomaterialen wordt hierdoor minder moeilijk dan gedacht.

 

Botten zijn onmisbaar. Ze vormen het steigermateriaal voor onze spieren, waardoor we kunnen bewegen. Ze beschermen kwetsbare organen zoals hersenen en longen, en ze huisvesten stamcellen die ons bloed en afweersysteem produceren. Zonder botten geen mensen. Terwijl botten ogenschijnlijk heel eenvoudige dingen zijn, die voornamelijk bestaan uit een mix van collageen en calciumfosfaat.

 

Regisserende biomoleculen?

Tien jaar geleden publiceerde Nico Sommerdijk een artikel in Nature Materials waarin hij met collega’s aantoonde dat er eigenlijk niets meer nodig is dan dat collageen (lange strengen bindweefsel) en die piepkleine kristalletjes calciumfosfaat. “Hoe die kristallen in dat collageen precies uitgroeien tot kleine plaatjes en zich daar dakpansgewijs groeperen, daar was niets over bekend”, zegt Sommerdijk, biochemisch onderzoeker in het Radboudumc. “Het algemeen aanvaarde idee was, dat bioactieve moleculen van dat collageen de kristallen aan elkaar rijgen tot plaatjes van 3 nanometer dik, 20 nanometer breed en 65 nanometer lang. Een nanometer is een miljardste deel van een meter.”

Op zo’n piepkleine schaal waren die processen tien jaar geleden niet in beeld brengen. Maar Sommerdijk twijfelde al snel aan het idee dat door ‘het veld’ werd omarmd. Sommerdijk: “Toen we het calciumfosfaat vervingen door andere mineralen ontstonden dezelfde minuscule plaatjes. Bioactieve moleculen zijn heel selectief, waardoor we onmiddellijk twijfelden aan dat overheersende idee.” Wat volgt is een wetenschappelijke sisyfusarbeid tegen de gevestigde orde, die hij nu na tien jaar in zijn voordeel beslist met een publicatie in Nature Communications.

 

Tegen de stroom in

Het eerste wat Sommerdijk onderuithaalt is de stapeling van de uitgekristalliseerde plaatjes ‘als speelkaarten in een doosje’. Door met een elektronenmicroscoop onder verschillende hoeken ongeveer honderd tweedimensionale (2D) opnames van bot te maken creëert hij driedimensionale beelden (3D), die iets anders laten zien. De plaatjes liggen weliswaar allemaal in de lengterichting van het collageen, maar zeker niet als netjes gestapelde speelkaarten tegen elkaar. Er zijn steeds opnieuw plaatjes te zien, die onder verschillende hoeken tegen elkaar aan liggen.

 

Organisatie van mineraal kristalletjes in bot. A) het oude model met alle kristallen als “speelkaarten in een doosje”, B & C) Elektronen microscoop opnames van de botkristallen in het collageen met B) in de lengte richting en C) in de dwars richting, D) het nieuw model met de kristallen alleen in de lengte richting uitgelijnd.

 

Samen met de expert die in 2006 voor het eerst de structuur van collageen heeft gepubliceerd en een specialist die kristallisatie in kleine ruimtes bestudeert, wordt de functie van het collageen minutieus onderzocht. Collageen blijkt dunne holtes in de lengterichting te hebben, waarin calciumfosfaat binnenkomt dat gaat kristalliseren. “Dat gebeurt niet onder begeleiding van bioactieve moleculen in het collageen, maar is een blind proces dat wordt gedomineerd door de wetten van de fysische chemie”, zegt Sommerdijk. “Calciumfosfaat dat in de lengterichting kristalliseert heeft, juist door die dunne collageenholtes, een selectievoordeel. Daardoor ontstaan er aanvankelijk alleen maar hele dunne naaldjes in zo’n holte. Vervolgens groeit de naald uit tot een klein plaatje calciumfosfaat, dat het omliggende collageen wegduwt.”

 

De basis van botvorming

In een mens kan het proces van botgroei niet op de voet worden gevolgd. Sommerdijk, die in het Radboudumc nauw samenwerkt met celbioloog Anat Akiva, gebruikte een model waarin botgroei buiten een organisme is na te bootsen. Daar ziet hij het proces stap voor stap gebeuren. En het eindresultaat is vergelijkbaar met wat hij aantreft in menselijk botmateriaal dat na een operatie soms beschikbaar komt. “Stap voor stap hebben we zo een nieuwe onderbouwing gegeven van de manier waarop ons bot wordt gevormd, hoe het groeit en uithardt.”

Het fundamentele onderzoek heeft ook consequenties voor de praktijk, stelt Akiva. “Als de groei van kristallen niet hoeft plaats te vinden in een matrix met hele complexe en dure biomoleculen, maar het ook gewoon kan in kanaaltjes van goedkoop polymeer, dan wordt het maken van biomaterialen en botvervangers al een heel stuk eenvoudiger. Zonder dat we hoeven in te boeten op de eigenschappen van deze materialen. Dat maakt onze bevinding ook belangrijk voor de patiënt.”

 

ERC Advanced Grant

Met het artikel in Nature Communications moet het beeld over de botvorming definitief kantelen. Maar daarmee is nog niet alles over het proces van botvorming gezegd, stelt Sommerdijk: “Bot wordt niet alleen binnen, maar ook buiten het collageen gevormd. Daar lijken diverse eiwitten wel een rol te spelen.” Met een ERC advanced grant van 3,5 miljoen euro die hij eerder ontving, probeert hij daar nu ook meer inzicht in te krijgen.

­­­­­­­­­­­­

Publicatie in Nature Communications: Intermolecular Channels Direct Crystal Orientation in Mineralized Collagen - YiFei Xu, Fabio Nudelman, E. Deniz Eren, Maarten J. M. Wirix, Bram Cantaert, Wouter H. Nijhuis, Daniel Hermida-Merino, Giuseppe Portale, Paul H. H. Bomans, Christian Ottmann, Heiner Friedrich, Wim Bras, Anat Akiva, Joseph P. R. O. Orgel Fiona C. Meldrum, Nico A. J. M. Sommerdijk

Meer informatie


Pieter Lomans

persvoorlichter

send an email

Meer nieuws


Artificiële Intelligentie voor betere preventie van dementie AI-Mind project ontwikkelt platform voor snelle, vroege diagnostiek

23 februari 2021

Het internationale AI-Mind project, waaraan ook het Radboudumc deelneemt, gaat slimme digitale instrumenten ontwikkelen om hersenverbindingen te screenen en het risico op dementie in te schatten bij mensen met milde cognitieve problemen.

lees meer

Nieuw lab voor AI in gezondheid, gedrag en voeding

12 februari 2021

Het nationale Innovation Center for Artificial Intelligence (ICAI) opent een nieuw lab gericht op gezondheid, gedrag en voeding. Bij dit nieuwe OnePlanet ICAI-lab for Precision Health, Nutrition and Behavior zijn Radboud Universiteit, Wageningen en Radboudumc betrokken.

lees meer

Radboudumc bij Innovate Meet-Up op Novio Tech Campus

8 december 2020

Vanavond vindt op de Novio Tech Campus in Nijmegen een Meet-Up plaats die wordt georganiseerd door Innovate. Iedereen kan meekijken, want het complete programma wordt via diverse kanalen gestreamd.

lees meer

Meer zeldzame ziektes opsporen door analyse in drie dimensies Gelderse en Europese bijdragen voor innovatief project Radboudumc, BioProdict en Vartion

19 november 2020

Met kunstmatige intelligentie, slimme rekenkracht en genetica meer diagnoses stellen bij patiënten met zeldzame ziektes. Dit innovatieve project wordt ondersteund door het Europees Fonds voor Regionale Ontwikkeling (EFRO) en de provincie Gelderland met ruim een half miljoen euro.

lees meer

Zeventien Radboud-onderzoekers in top meest geciteerde wetenschappers

18 november 2020

Op de lijst met de 1 procent meest geciteerde wetenschappers van de afgelopen tien jaar staan 17 wetenschappers van het Radboudumc of de Radboud Universiteit. De lijst werd vandaag bekendgemaakt door Clarivate Analytics.

lees meer

AI, worden patiënten met Parkinson daar beter van? Podcast 'AI for Life' met Bas Bloem, Tom Heskes en Luc Evers

12 november 2020

De vierde aflevering in de podcastserie 'AI for Life' gaat over de rol die AI kan spelen bij de ziekte van Parkinson.

lees meer
  • Medewerkers
  • Intranet