Ogenschijnlijk is het menselijk bot een statisch orgaan dat eenmaal volgroeid niet veel meer verandert, maar het tegenovergestelde is waar. Oud en beschadigd weefsel wordt continu afgebroken en vervangen door nieuw botweefsel. Twee soorten botcellen zijn betrokken bij deze processen: osteoclasten zijn verantwoordelijk voor de botafbraak en osteoblasten voor de aanmaak van nieuw weefsel. Bij gezonde volwassenen is er een evenwicht tussen deze twee processen, maar wanneer dit verstoord raakt, kan dit leiden tot degeneratieve ziektes.

Osteoporose

Bij osteoporose zijn de osteoclasten actiever dan de osteoblasten, waardoor er meer bot wordt afgebroken dan aangemaakt. De botmassa neemt hierdoor af en de botdichtheid is uiteindelijk zo laag dat de botten fragiel worden en makkelijk breken. In Nederland lijden er zo’n 800.000 mensen - voornamelijk postmenopauzale vrouwen – aan osteoporose. “We kunnen de aftakeling van de botsterkte met medicatie remmen, maar we kunnen het proces niet meer terugdraaien. Als je eenmaal osteoporose hebt, dan kom je er nooit meer vanaf”, vertelt Remmers. “Helaas weten we niet genoeg over het bot om dit soort ziektes te kunnen genezen.”

Om de complexe processen van botaanmaak en -afbraak beter te kunnen bestuderen, heeft Remmers tijdens zijn promotietraject een 3D-model van osteoblasten en osteoclasten ontwikkeld. “Een soort van minibotjes van vijf bij drie millimeter, opgekweekt in het lab uit menselijke cellen”, legt hij uit. Het 3D-model bevat beide soorten humane cellen en bootst hiermee zowel de botaanmaak als botafbraak buiten het menselijk lichaam na. Het bijzondere aan dit model is dat deze processen gedurende de tijd gekwantificeerd en gevisualiseerd kunnen worden. “Eigenlijk wist ik van tevoren niet of het überhaupt kon”, geeft de promovendus toe. Remmers’ model van osteoblasten en osteoclasten biedt meer inzicht in de complexe processen waarbij deze cellen betrokken zijn. In de toekomst zou het model kunnen helpen bij de ontwikkeling van nieuwe behandelingen van botziektes zoals osteoporose.

De onvoorspelbare osteoclasten

“Osteoblasten zijn redelijk makkelijke cellen om mee te werken”, vertelt Remmers. “Maar de osteoclasten begrijpen we nog niet helemaal.” Osteoclasten zijn aparte cellen omdat ze niet op de normale manier differentiëren vanuit stamcellen, maar ontstaan door celfusie; daarbij komen meerdere cellen samen en worden samen één. “Soms zijn het er tien en soms zijn het er vijftien en we weten niet waarom”, aldus Remmers. Dit maakt de cellen onvoorspelbaar.

Remmers ging uit van een bestaand 3D-model met osteoblasten, maar de grote uitdaging was om osteoclasten aan dit model toe te voegen. Deze moesten bovendien functioneel genoeg zijn zodat de functionaliteit meetbaar zou zijn met een CT-scan. “Een celkweekmodel opzetten is al niet makkelijk, maar bij twee soorten cellen is het helemaal lastig”, legt de promovendus uit.

Remmers besefte al snel dat enkel experimenteren in het lab onbegonnen werk was. Daarom ging hij op zoek naar alle co-culture studies - experimenten met osteoblasten en osteoclasten - die ooit zijn gepubliceerd om alle data te verzamelen die hem verder zouden kunnen helpen. Uiteindelijk is hij een heel jaar fulltime bezig geweest om bijna vierduizend papers te screenen, te analyseren en om alle relevante gegevens te verwerken in een aantal databases. Hiermee heeft hij een handig naslagwerk gecreëerd voor iedereen die in de toekomst hetzelfde gaat bestuderen, maar het heeft hem vooral in staat gesteld om veel gerichter experimenten uit te voeren. In de databases kon hij filteren op verschillende criteria en zo kon hij snel zien wat er op basis van eerdere studies wel werkt en wat niet.

Het celkweekproces is langzaam en vergt veel geduld. Je hebt weken tot maanden nodig om osteoblasten uit de stamcellen te kweken voordat je er osteoclasten aan kunt gaan toevoegen. Deze worden opgekweekt uit monocyten, een specifiek type witte bloedcellen. Daarna gaan er weer weken overheen voordat er resultaat te zien is. Het gewenste resultaat was in dit geval dat de osteoclasten het botweefsel zouden afbreken en de osteoblasten nieuw weefsel zouden aanmaken – precies zoals het in het menselijk bot gebeurt.