De gerichte ‘dwang’  van de microgel met stamcellen met behulp van fotothermie om de stamcellen (blauw) om te zetten in botcellen (afb: Chen wang et al./Advanced Materials)

Voor het eerst zouden onderzoeksters van de technische universiteit München (TUM) erin geslaagd zijn om ‘nanorobots’ te gebruiken om stamcellen om te vormen in botcellen. Om dit te bereiken, oefenden de ‘robots’ enige dwang (=druk) uit op specifieke punten in de celwand. Om die druk te verwezenlijken lijken verschillende technieken zijn gebruikt. Overigens is het mij(=as) totaal duister waarom de persberichtmakers die nanodeeltjes robots noemen.
De ‘nanorobots’ van Berna Özkale Edelmann bestaan ​​uit minuscule gouden staafjes en kunststofkettinkjes. Enkele miljoenen ervan bevinden zich in een gelkussen van slechts 60 micrometer (1 µm is eenduizendste mm), samen met enkele menselijke stamcellen. Om daar botcellen van te maken oefenen de robots externe druk uit op bepaalde plaatsen in de celwand.
“We verwarmen de gel lokaal en bepalen met ons systeem nauwkeurig de kracht waarmee de nanorobots op de cel drukken,” legt de hoogleraar nano- en microrobotica aan de TUM uit. Deze mechanische ‘dwang’ activeert biochemische processen in de cel. Ionkanalen veranderen van eigenschappen en eiwitten worden geactiveerd, waaronder een die met name belangrijk is voor botvorming.
Als de stimulatie in het juiste ritme en met de juiste (lage) kracht wordt uitgevoerd, kan een stamcel betrouwbaar worden aangezet om zich binnen drie dagen te ontwikkelen tot een botcel. Dit proces kan binnen drie weken worden voltooid.
“Het bijbehorende stresspatroon kan ook worden gevonden voor kraakbeen- en hartcellen,” zegt Özkale Edelman. “Het is net als in de sportschool. We trainen de cellen voor een specifiek toepassingsgebied. Nu hoeven we alleen nog maar uit te zoeken welk stresspatroon bij elk celtype past.”

De onderzoeksters produceerden botcellen uitgaand van van mesenchymale stamcellen. Deze cellen worden beschouwd als de ‘herstelcellen’ van het lichaam. Ze zijn ongeveer 10 tot 20 µm groot en kunnen zich over het algemeen ontwikkelen tot verschillende celtype zoals bot-, kraakbeen- of spiercellen. De transformatie van geïnduceerde stamcellen tot gedifferentieerde cellen is complex en tot nu toe moeilijk te beheersen.

Nauwkeurig

Özkale Edelmann: “We hebben een technologie ontwikkeld waarmee krachten heel nauwkeurig op de cel kunnen worden uitgeoefend in een driedimensionale omgeving. Dit is een ongekende vooruitgang in dit vakgebied.” De onderzoeksters denken dat deze methode zelfs kan worden gebruikt om kraakbeen- en hartcellen te produceren uit menselijke stamcellen.

Voor behandelingen zullen artsen uiteindelijk veel meer gedifferentieerde cellen nodig hebben, zeker 1 miljoen. “Daarom is de volgende stap het automatiseren van ons productieproces, zodat we sneller meer cellen kunnen produceren”, aldus de hoogleraar.
Het persbericht is gebaseerd op twee artikelen waarbij verschillende technieken zijn gebruikt om druk uit te oefenen:
– Chen Wang et al., Fotothermisch aangedreven 3D-microgels reguleren mesenchymale stamcellen mechanisch onder anisotrope kracht, Advanced Materials (2025). DOI: 10.1002/adma.202506769
-Nergishan İyisan et al., Hydrostatische druk induceert osteogene differentiatie van individuele stamcellen in 3D-visco-elastische microgels, Small Science (2025). DOI: 10.1002/smsc.202500287

Bron: phys.org