De kracht van collageen

Collageen is de lijm die ons lichaam bij elkaar houdt. Het zit in onze huid, botten, spieren, kraakbeen, gewrichtsbanden, haren, nagels – kortom, in bijna elk weefsel in ons lichaam. Collageeneiwitten vormen op sommige plekken, onder meer in de huid, netwerken die heel rekbaar zijn. Maar waarom die netwerken zo elastisch zijn, was tot nu toe nog onduidelijk. Onderzoekers van de TU Delft, AMOLF en Wageningen University & Research hebben nu ontdekt dat het aantal ‘kruispunten’ een belangrijke rol speelt. Tussen de drie en vier verbindingen per kruispunt is ideaal. Meer verbindingen maakt de collageennetwerken juist minder rekbaar. De nieuwe inzichten kunnen onder meer worden gebruikt voor de reparatie van beschadigd of verouderd weefsel, zoals kraakbeen of huid, en bij het kweken van nieuw huidweefsel voor brandwondenslachtoffers.

Het kapotgaan van een collageennetwerk klinkt misschien abstract. Maar iedereen die ooit een bot heeft gebroken, een spier heeft gescheurd of een sneetje in de vinger heeft gehad, heeft er ervaring mee. Collageen zit overal in ons lichaam, en hoewel het van nature enorm rekbaar is, zitten er grenzen aan die elasticiteit. “Wij doen al langer fundamenteel onderzoek naar collageen en vroegen ons af: wat maakt collageennetwerken zo rekbaar, en wat bepaalt de grens van die rekbaarheid?”, zegt celbiofysica-expert Gijsje Koenderink van de TU Delft.

Wanordelijke netwerken
Collageen organiseert zich in ons lichaam op allerlei verschillende manieren. In pezen zijn de vezels bijvoorbeeld allemaal in dezelfde richting uitgelijnd, als een bundel touwen. “Dat is heel logisch, want pezen vangen trekkrachten op en worden dus maar in één richting belast”, legt Koenderink uit. “Andere weefsels, zoals de huid, worden in heel veel verschillende richtingen belast. Het is dan niet handig als de vezels zijn uitgelijnd.” In plaats daarvan vormt collageen in de huid, net als op veel andere plekken, wanordelijke netwerken die enorm flexibel zijn en mee kunnen bewegen met de krachten die erop komen te staan. 

Naast het feit dat collageennetwerken flexibeler zijn dan collageenvezels, hebben de netwerken nog een voordeel: ze kunnen grotere krachten weerstaan voordat ze kapotgaan. Collageenvezels, zoals die in pezen, kun je ongeveer twintig procent oprekken voordat ze scheuren”, vertelt Koenderink. “Collageennetwerken, aan de andere kant, vervormen en bewegen mee met de kracht die erop wordt uitgeoefend. Je kunt ze tot maar liefst vijfentachtig procent oprekken voordat ze kapotgaan.”

Krachten uitoefenen
Om erachter te maken wat netwerken van collageen zo sterk maakt, bestelden de onderzoekers kant-en-klare collageenmoleculen, die commercieel verkrijgbaar zijn. Onder de juiste omstandigheden, namelijk een lage temperatuur en een lage (zure) pH-waarde, kunnen collageenmoleculen worden opgelost. “Door de opgeloste moleculen weer op te warmen tot 37 graden en de pH-waarde te verhogen, vormen de moleculen spontaan vezels, die op hun beurt netwerken vormen”, legt Koenderink uit.