Hoe je bloed door je aderen stroomt, bepaalt hoe je je voelt. Letterlijk, als je het aan promovendus bio-engineering Mees de Graaf vraagt.
‘Mensen met arteriosclerose hebben vervormingen aan de binnenkant van hun bloedvaten, en daardoor stroomt hun bloed anders’, legt hij uit. Zo’n klein verschil in stroming kan onverwachte gevolgen hebben bij een infectie. ‘Als je geen arteriosclerose hebt en de vaatwand glad is, reageren de cellen in je bloedvaten eigenlijk niet op een infectie. Maar wanneer er onregelmatigheden zijn door aderverkalking is de vloeistofstroom verstoord en krijg je een heel andere, heftigere reactie.’

Om zulke fenomenen te onderzoeken zul je bloedvaten dus van dichtbij moeten bekijken. Dat is lastig als er nog een mens aan vastzit. Dierproeven zijn een mogelijkheid, maar die zijn volgens De Graaf ook niet altijd geschikt. ‘Naast dat dat ethisch gezien niet heel wenselijk is, zijn de resultaten moeilijk te vertalen. Tussen twee verschillende mensen kun je al verschillende reacties hebben. Dieren hebben een nog veel verschillendere genetische achtergrond. Wat voegt zo’n dierproef dan toe?’

In plaats daarvan ontwikkelde De Graaf zelf een methode om haarvaten na te maken, zogeheten Vessels-on-chip. Een kunstbloedvat dat precies op gewenste grootte kan worden gemaakt. Sinds een aantal jaar is het mogelijk om normale menselijke cellen via een korte behandeling terug te veranderen in stamcellen. Die stamcellen kunnen op hun beurt weer aangezet worden om te transformeren tot bloedvaten. Alleen moet dat wel op de juiste manier gebeuren.

‘Je kan die cellen in een gel stoppen en dan vormen ze zelf een bloedvatennetwerk. Alleen is het heel onvoorspelbaar hoe dat netwerk eruit gaat zien.’ De cellen vormen naar eigen inzicht vaten van verschillende lengtes en diktes. Als je een heel specifieke soort bloedvat wil bekijken, kan het erg arbeidsintensief zijn om op die manier bloedvaten te laten groeien tot je er eentje op het gewenste formaat hebt.

Met de methode van De Graaf kun je exact het soort bloedvat maken wat je wil, van een dun haarvat tot een flinke slagader. Om die te maken maakt hij eerst een mal in een dikke gel van collageen. Daarin spuit hij met een pipet een vloeistof, die zelf een weg door het materiaal zoekt waardoor een egaal en recht kanaal ontstaat, precies als een bloedvat. Pas de druk of de hoeveelheid vloeistof aan en je krijgt een groter of een kleiner kanaal, afhankelijk van het soort bloedvat dat je wil onderzoeken.

Het enige wat nog ontbreekt is een laagje cellen aan de binnenkant van het kanaal. Hoe je die erin krijgt? Gewoon gieten. ‘Dat was makkelijker dan het leek’, zegt De Graaf. ‘Het is soms een beetje hobbyen. Het begint met ducttape en eindigt met iets wat met cellen kan werken.’

De kleinste kunstvaten die De Graaf maakt zijn piepklein, slechts 1 millimeter lang en 0,01 millimeter breed. Werken op zo’n kleine schaal brengt ook kleine problemen met zich mee. Omdat de bloedvaten zo minuscuul zijn, kan een voor mensen haast onmerkbaar verschil al voor grote verandering zorgen. ‘We laten met een drukpomp bloed door de kunstvaten stromen, maar zelfs de hoeveelheid vloeistof in het reservoir van je pomp heeft invloed op wat er in je chip gebeurt. Een paar milliliter meer water in de pomp en de druk in de bloedvaten verdubbelt, en als de deur van het lab dichtslaat zie je de vloeistof bewegen.’

Verkeerde conclusies

Zo kan het voorkomen dat je aan het begin van een experiment veel druk hebt en aan het einde weinig. ‘Als je daar geen rekening mee houdt, krijg je verkeerde conclusies. Misschien zie je een daling in het effect van een stof, maar meet je eigenlijk alleen de afname van druk. Cellen gaan trouwens ook gewoon dood als je er te veel druk op zet.’

‘Er zijn veel zulke natuurkundige problemen die de ingenieurs die dit soort systemen bouwen wel kennen, maar de biologisch geschoolde mensen die in het lab de experimenten uitvoeren niet. Die twee groepen spreken een andere taal. Ik zit daar een beetje tussen. Bij de biologen ben ik de ingenieur en tussen de ingenieurs de bioloog.’

Denkt De Graaf dat zijn bloedvaten een exacte weergave zijn van wat er in het menselijk lichaam gebeurt? ‘Nee, het blijft altijd een model, er blijft altijd wat ontbreken. Wat precies hangt af van welke wetenschappelijke vraag je wil beantwoorden. Misschien merk je tijdens je experiment dat het op de chip anders loopt dan in vivo, en dat je misschien specifiek orgaanweefsel- of zenuwcellen moet toevoegen. Wat ik gemaakt heb, is het begin. Hiervandaan kunnen we het systeem steeds complexer maken.’