[PWC-MEDIA] Persbericht TU Delft: De kracht van collageen

From: Jerwin de Graaf <J.N.deGraaf@xxxxxxxxxx>
To: "pwc-media@xxxxxxxxxxxxx" <pwc-media@xxxxxxxxxxxxx>
Date: Thu, 2 Apr 2020 09:08:40 +0000

De kracht van collageen

Collageen is de lijm die ons lichaam bij elkaar houdt. Het zit in onze huid,
botten, spieren, kraakbeen, gewrichtsbanden, haren, nagels - kortom, in bijna
elk weefsel in ons lichaam. Collageeneiwitten vormen op sommige plekken, onder
meer in de huid, netwerken die heel rekbaar zijn. Maar waarom die netwerken zo
elastisch zijn, was tot nu toe nog onduidelijk. Onderzoekers van de TU Delft,
AMOLF en Wageningen University & Research hebben nu ontdekt dat het aantal
'kruispunten' een belangrijke rol speelt. Tussen de drie en vier verbindingen
per kruispunt is ideaal. Meer verbindingen maakt de collageennetwerken juist
minder rekbaar. De nieuwe inzichten kunnen onder meer worden gebruikt voor de
reparatie van beschadigd of verouderd weefsel, zoals kraakbeen of huid, en bij
het kweken van nieuw huidweefsel voor brandwondenslachtoffers.

[cid:image005.jpg@01D608DF.0E42B3F0]Het kapotgaan van een collageennetwerk
klinkt misschien abstract. Maar iedereen die ooit een bot heeft gebroken, een
spier heeft gescheurd of een sneetje in de vinger heeft gehad, heeft er
ervaring mee. Collageen zit overal in ons lichaam, en hoewel het van nature
enorm rekbaar is, zitten er grenzen aan die elasticiteit. "Wij doen al langer
fundamenteel onderzoek naar collageen en vroegen ons af: wat maakt
collageennetwerken zo rekbaar, en wat bepaalt de grens van die rekbaarheid?",
zegt celbiofysica-expert Gijsje Koenderink van de TU Delft.

Wanordelijke netwerken
Collageen organiseert zich in ons lichaam op allerlei verschillende manieren.
In pezen zijn de vezels bijvoorbeeld allemaal in dezelfde richting uitgelijnd,
als een bundel touwen. "Dat is heel logisch, want pezen vangen trekkrachten op
en worden dus maar in één richting belast", legt Koenderink uit. "Andere
weefsels, zoals de huid, worden in heel veel verschillende richtingen belast.
Het is dan niet handig als de vezels zijn uitgelijnd." In plaats daarvan vormt
collageen in de huid, net als op veel andere plekken, wanordelijke netwerken
die enorm flexibel zijn en mee kunnen bewegen met de krachten die erop komen te
staan.

Naast het feit dat collageennetwerken flexibeler zijn dan collageenvezels,
hebben de netwerken nog een voordeel: ze kunnen grotere krachten weerstaan
voordat ze kapotgaan. Collageenvezels, zoals die in pezen, kun je ongeveer
twintig procent oprekken voordat ze scheuren", vertelt Koenderink.
"Collageennetwerken, aan de andere kant, vervormen en bewegen mee met de kracht
die erop wordt uitgeoefend. Je kunt ze tot maar liefst vijfentachtig procent
oprekken voordat ze kapotgaan."

Krachten uitoefenen
Om erachter te maken wat netwerken van collageen zo sterk maakt, bestelden de
onderzoekers kant-en-klare collageenmoleculen, die commercieel verkrijgbaar
zijn. Onder de juiste omstandigheden, namelijk een lage temperatuur en een lage
(zure) pH-waarde, kunnen collageenmoleculen worden opgelost. "Door de opgeloste
moleculen weer op te warmen tot 37 graden en de pH-waarde te verhogen, vormen
de moleculen spontaan vezels, die op hun beurt netwerken vormen", legt
Koenderink uit.

[CollagenNetworks]

Afhankelijk van de functie van het weefsel nemen collageennetwerken
verschillende vormen aan. In dit plaatje zie je collageen opgezuiverd uit
menselijk kraakbeen (links), koeienhuid (midden) en de staart van een rat
(rechts).

Het op die manier gemaakte collageen klemden de onderzoekers tussen twee
plaatjes in, waarbij ze de bovenste heen en weer lieten bewegen om zo krachten
op het weefsel uit te oefenen. Door het binnenste van het collageen met een
elektronenmicroscoop in beeld te brengen, en met behulp van computersimulaties
van vezelnetwerken gemaakt door de onderzoekers in Wageningen, ontdekte het
team wat sommige netwerken sterker maakte dan andere: het gemiddelde aantal
verbindingen op de kruispunten in het netwerk. "Tot onze verbazing was het niet
zo dat meer verbindingen per definitie beter was", aldus Koenderink.
"Integendeel, het ideale aantal verbindingen ligt tussen de drie en de vier."

Tissue engineering
Achteraf zijn de bevindingen van de onderzoekers goed te verklaren: bij te veel
verbindingen wordt een collageennetwerk stijf. "Dat zie je bijvoorbeeld bij
littekenweefsel", zegt Koenderink. "Hoe minder verbindingen, hoe meer
mogelijkheden een collageennetwerk heeft om te vervormen, en hoe meer kracht je
er dus op kunt uitoefenen voordat het kapotgaat. Vandaar dat een netwerk met
een relatief klein aantal verbindingen het sterkst is."

Begrip van de mechanica van levende weefsels kan leiden tot betere tissue
engineering, bijvoorbeeld in het ontwikkelen van kweekhuid voor
brandwondenslachtoffers. Het is daarnaast van belang voor het ontwerpen en
creëren van nieuwe biomaterialen. Dat zijn door de natuur geïnspireerde
materialen die eigenschappen hebben van levende weefsels. Koenderink: "Denk aan
afbreekbare, plastic-achtige materialen, verpakkingen die van kleur veranderen
als er teveel druk op komt te staan, of materialen die zichzelf herstellen
wanneer ze beschadigd zijn. Ik denk dat we de komende jaren steeds meer van dit
soort bijzondere materialen gaan zien."

***

Meer informatie:

'Connectivity and plasticity determine collagen network fracture', Federica
Burla, Simone Dussi, Cristina Martinez-Torres, Justin Tauber, Jasper van der
Gucht, Gijsje H. Koenderink, Proceedings of the National Academy of Sciences

DOI: 10.1073/pnas.1920062117<https://doi.org/10.1073/pnas.1920062117>

Credits beeld gekleurd collageen: Tom Deerinck en Mark Ellisman, NCMIR

Gijsje Koenderink
G.H.Koenderink@xxxxxxxxxx<mailto:G.H.Koenderink@xxxxxxxxxx>
+31 (0)15 27 84373

Jerwin de Graaf (persvoorlichter TU Delft)
J.N.deGraaf@xxxxxxxxxx<mailto:J.N.deGraaf@xxxxxxxxxx>
+31 (0)15 27 81843

U ontvangt dit bericht via de PWC-medialijst. U kunt zich afmelden via
http://platformwetenschapscommunicatie.nl/
Dit bericht is afkomstig van de TU Delft, Communication, Postbus 5, 2600 AA
Delft, www.tudelft.nl<http://www.tudelft.nl/>.

[PWC-MEDIA] Persbericht TU Delft: De kracht van collageen

Other related posts: