"Hebt u een nieuw klepje voor me?" Het jongetje van elf jaar kijkt Carlijn Bouten vragend aan. Het is een van die confronterende vragen die de hoogleraar Regeneratieve Geneeskunde vaker te verwerken krijgt tijdens bijeenkomsten voor hartpatiënten. "Dat zijn schrijnende momenten", beaamt Bouten. "Je kunt niets beloven, alleen maar toezeggen dat je er hard aan werkt. Dat is vaak al voldoende voor ze." In haar werkkamer hangt de handtekening van het jongetje, samen met die van andere patiënten. "Los van alle brochures en de helpdesks, houd ik ze zelf ook op de hoogte en beantwoord persoonlijk hun vragen."

Ieder lichaam ontstaat uit een eicel en zaadcel en groeit op eigen kracht uit tot een complex, zelfstandig wezen. Wetenschappers en medici zien kansen in deze fantastische eigenschap. Met slimme biomaterialen en kennis van de moleculaire celbiologie willen ze het lichaam helpen versleten weefsels en organen te repareren. Hoewel de regeneratieve geneeskunde nog in de kinderschoenen staat, zijn de verwachtingen hooggespannen - ook bij de patiënten. 

Loerakker richt zich op de mechanische factoren die de groei en remodellering van hartkleppen beïnvloeden. “Het doel is om die processen op een slimme manier te kunnen sturen“, aldus Loerakker, “bijvoorbeeld door het ontwerp van de klep aan te passen. Bij mijn groep ligt de nadruk op de ontwikkeling van computermodellen, maar daarbij is de koppeling met experimenten essentieel. Onze simulaties hebben al geleid tot een grote verbetering in klepfunctionaliteit, waarvan de details waarschijnlijk binnenkort in een publicatie verschijnen.”

Hoe werkt dat ‘slimme sturen’ eigenlijk? “Met de computermodellen proberen we te begrijpen en te voorspellen hoe weefsels zich ontwikkelen en aanpassen in het lichaam. Als die modellen goed werken voor situaties waarvan we de uitkomst kennen uit experimenten, kunnen we daarna verschillende simulaties doen waarbij we het ontwerp van de klep aanpassen en kijken naar het effect daarvan op functionaliteit en regeneratie. Als het model voorspelt dat bepaalde veranderingen tot drastische verbeteringen in regeneratie kunnen leiden, en waar we dus al een keer een overtuigend voorbeeld van hebben gezien, kunnen we door middel van experimenten testen of dat ook daadwerkelijk het geval is.”

Het vergelijken van modelvoorspellingen met experimentele resultaten is niet eenvoudig, aldus Loerakker. “Veel hangt af van het doel dat we willen bereiken met een bepaald computermodel. In de meeste gevallen proberen we vooral de fysica van bepaalde processen te begrijpen, en dan kijken we vooral naar de belangrijkste parameters van weefselorganisatie, zoals bijvoorbeeld de organisatie van collageenvezels of cellen, en beoordelen we of de belangrijkste aspecten daarvan overeenkomen tussen het model en het experiment.”

Anthal Smits en zijn promovendi proberen de immuunreacties te voorspellen die optreden wanneer de synthetische klep in een lichaam is ingebracht. “Het was destijds al een hele sprong om het proces om te draaien”, vertelt Smits. “In het begin probeerden we de klep buiten het lichaam op te kweken, maar bij het inbrengen daarvan reageerden de cellen die in het lab geoogst waren niet zoals we hadden gehoopt. Dus werd besloten om de synthetische klep zonder cellen in het lichaam aan te brengen. De immuunreacties daarop bleken essentieel te zijn om het proces op gang te brengen waarbij lichaamseigen cellen zich aan de klep gaan vervangen met lichaamseigen nieuw weefsel.

Een zeer belangrijke rol is daarbij weggelegd voor de macrofagen, een bepaald soort witte bloedcellen die altijd beschouwd werden als een soort lompe ‘werkers’, die zorgen dat het lichaam beschermd wordt tegen ongewenste indringers zoals bacteriën. We ontdekten dat deze cellen nog een belangrijke eigenschap hebben; ze trekken andere cellen aan en hebben ook een organiserende functie bij het herstel.”