Zouden in het lab gekweekte botten weefseltransplantaten en meerdere pijnlijke operaties kunnen vervangen? Nina Tandon is de CEO en mede-oprichter van EpiBone, een biotechbedrijf uit Brooklyn dat werd gekozen tot een van de Technology Pioneers 2015 van het World Economic Forum. Tandon is ook een World Economic Forum Young Scientist die zal spreken op de jaarlijkse bijeenkomst van de Nieuwe Kampioenen in Tianjin, China, van 26 tot 28 juni.
Wat doen jullie?
We kweken botten uit stamcellen om hopelijk mensen te helpen die skeletreconstructie nodig hebben.
Hoe doen jullie dat?
We nemen twee dingen van de patiënt. Het ene is een monster van hun vetweefsel, waaruit we stamcellen halen. Het andere is een CT-scan, die een soort driedimensionale röntgenfoto is van het bot dat we willen maken. We gebruiken dit om de perfecte vorm te maken, wat we een steiger noemen. Deze steiger kan gemaakt worden van proteïne en collageen uit dierlijke botten, of van synthetische materialen. We brengen de cellen in deze puzzelstukjesvorm, deze steiger, en na ongeveer drie weken rijpen de cellen uit tot een stuk bot dat klaar is voor implantatie.
Wat is het voordeel ten opzichte van conventionele bottransplantaties of synthetische transplantaties?
De huidige gouden standaard voor reconstructieve procedures heet autograft, waarbij we een stuk bot uit het ene deel van het lichaam snijden en het in een ander deel plaatsen. Dat werkt heel goed voor waar je het bot nodig hebt, maar het kan andere problemen veroorzaken, omdat er geen stukje bot is dat niet echt nodig is in het lichaam. Mijn verloofde werd bijvoorbeeld geopereerd om zijn enkel te reconstrueren. Ze hebben een stuk van zijn heupbeen weggehaald, en zijn buik doet zelfs nu nog evenveel pijn als zijn enkel.
Synthetische implantaten gaan maar een bepaalde tijd mee, en mensen leven steeds langer. Als je op je 15e gewond raakt en 115 wordt, wordt het idee dat je implantaat maar 10-15 jaar meegaat onhoudbaar. We hebben dus nieuwe oplossingen nodig voor het herstel van het skelet.
We hopen ook dat er met onze benadering geen behoefte zal zijn aan immunosuppressiva, omdat er een erkenning zou zijn dat het lichaamseigen is, omdat het je eigen DNA is.
Hoever bent u met uw onderzoek?
We doen momenteel dierproeven, en we denken dat we ongeveer 18 maanden verwijderd zijn van proeven op mensen.
In termen van het op de markt brengen van dit, we kijken naar 2022 of 2023. Dit is geen sprint, het is een marathon. Je kunt een chip herprogrammeren en het neemt onmiddellijk een ander gedrag aan, maar het duurt drie weken om een bot te laten groeien. Onze technologie gaat snel, maar de cellen zelf kunnen niet worden gehaast, en medisch onderzoek kan niet worden gehaast.
We zijn in de loop der jaren bevriend geraakt met veel chirurgen, en zij hebben dit soort dingen hard nodig. Ze hebben patiënten die ze willen behandelen. We krijgen elke dag emails van mensen die zich vrijwillig willen aanmelden. Maar eerst moeten we ervoor zorgen dat het allemaal veilig is.
Wie zal hiervan profiteren?
Op dit moment richten we ons op botten boven de nek, voor kanker, trauma, aangeboren afwijkingen en tandheelkundige chirurgie. Op dit gebied worden alleen al in de V.S. jaarlijks ongeveer 100.000 ingrepen verricht. Na bloed is bot het meest getransplanteerde weefsel.
Kun je ook grotere botten kweken?
In theorie, ja, maar de materialen van onze steigers dicteren een aantal van onze beperkingen. Dus we houden elke vooruitgang in de materiaalkunde die betekent dat we grotere, sterkere botten kunnen kweken, nauwlettend in de gaten.
Hoe zit het met het kweken van een heel been, of een arm?
We zien allemaal een toekomst waarin onze benadering kan worden gebruikt voor het regenereren van een heel ledemaat, maar dat zal veel verder zijn, want er zijn veel weefsels die in een ledemaat gaan. Er zijn huid, neuronen, spieren, botten, pezen, ligamenten, en je kweekt al die dingen in verschillende micro-omgevingen. De stand van de techniek op dit moment is om twee soorten weefsel samen te laten groeien – bot en kraakbeen, of spier en zenuw – en dat is al moeilijk. Maar we hopen de basis te leggen voor deze toekomstige technologie.
Wat zijn uw andere uitdagingen?
Onze grootste uitdaging is het vertalen van het werk van het lab naar de kliniek, naar mensen. We moeten ons hoofd koel houden en heel goed werk leveren met de wetenschap, zodat we naar de kliniek kunnen gaan en mensen kunnen helpen.
En wat zijn uw doelen op lange termijn?
Ik zou graag willen kunnen zeggen dat als je met aangeboren afwijkingen wordt geboren, je niet hoeft te worden veroordeeld tot een leven lang misvormingen, dat je je gezicht kunt laten restaureren. Meer in het algemeen hou ik van het idee dat we naar ons eigen lichaam kunnen kijken als een bron van genezing, in tegenstelling tot pillen en machines.
In zekere zin is het een agrarische en ecologische kijk op het lichaam, gecombineerd met 3D-fabricage. Het is zo oud dat het nieuw is. Dit idee dat we natuurlijke systemen kunnen cultiveren heeft zijn wortels in de pre-historie, met de domesticatie van dieren. Maar het wordt nu opnieuw bekeken als: “Kunnen we ons lichaam repareren met onze eigen cellen?”
U bent oorspronkelijk opgeleid als elektrotechnisch ingenieur. Hoe bent u van het programmeren van chips overgestapt op het kweken van botten?
In het begin van de jaren 2000 werkte ik in de telecommunicatie en begon ik ’s avonds een les fysiologie te volgen op de plaatselijke hogeschool. Toen ik over DNA las en me realiseerde dat het veel krachtiger was dan een binair opslagapparaat, was dat voor mij een sterke analogie. Uiteindelijk ging ik naar MIT om neurale interfaces te bestuderen. Ik hielp EpiBone voort te brengen uit het lab van mijn promotor, samen met een andere post-doc, Sarindr Bhumiratana. Ik kweekte cardiaal en neuraal weefsel, en hij kweekte bot en kraakbeen. Dus dit is zeker een teamprestatie.
Als iemand die gepassioneerd is door wetenschap, hoe zou u meer vrouwen aanmoedigen om de STEM-gebieden (wetenschap, technologie, engineering en wiskunde) in te gaan?
Als kleine kinderen zijn we allemaal in de wetenschap, maar dan moeten we onze studies in onze tienerjaren beperken. Dat is het moment waarop we onze meisjes, maar ook veel jongens, beginnen te verliezen, dus laten we ervoor zorgen dat we manieren vinden om hen betrokken te houden. Speelgoed is een geweldige ingang, en er zijn enkele briljante vernieuwers op dat gebied, zoals Ayah Bdeir van littleBits, en Debbie Sterling van GoldieBlox. Onthouden dat leren om spelen draait, en dat carrières ook om spelen kunnen draaien, dat zijn allemaal manieren om ervoor te zorgen dat we een diverse groep medewerkers hebben.
Dit interview kwam tot stand in samenwerking met het World Economic Forum.