Bot is sterk én slim

Er zijn veel onderdelen van ons lichaam die fascinatie oproepen. Het oog bijvoorbeeld of het afweersysteem of anders in ieder geval de hersenen. Botten duiken eigenlijk nooit op in zo’n rijtje. Onterecht, vinden Sandra Hofmann en Keita Ito van de Technische Universiteit Eindhoven. Voor hen is bot juist een van de meest fascinerende materialen in ons lichaam en daarbuiten.

Ze begrijpen wel dat bot zo weinig indruk maakt. “Als je naar ons lichaam kijkt met de blik van een ingenieur, dan is bot niet meer dan het materiaal dat zorgt voor stevigheid en ondersteuning”, zegt Keita Ito, hoogleraar Orthopedische Biomechanica. “Onze botten geven ons lichaam vorm en zorgen ervoor dat het kan functioneren. In dat opzicht is bot vergelijkbaar met levenloze, zware materialen als staal en beton. Maar wat bot zo bijzonder maakt is dat het tegelijkertijd heel sterk en heel licht is.”

Om zijn punt kracht bij te zetten loopt Ito naar een kastje in de hoek van zijn kantoor en tovert een heus menselijk dijbeenbot tevoorschijn. “Til het maar eens op”, moedigt hij aan. Het voelt bijna onwerkelijk, zo licht is het. En dit is het grootste bot dat we in ons lichaam hebben. Een vreemde gewaarwording.

Doolhof

Hoe kan iets wat zo licht is ook zo sterk zijn? Het antwoord zit verstopt aan de binnenkant. Sandra Hofmann, gespecialiseerd in het kweken van botweefsel en universitair docent in de groep van professor Ito, laat een foto van een doorsnede van een dijbeenbot zien. Wat opvalt is dat het bot niet massief is. De binnenkant lijkt meer op een miniatuurdoolhof: allemaal kleine ruimtes en gangen in verschillende vormen.

Het ziet er op het eerste gezicht nogal chaotisch uit, geeft Hofmann toe. “Maar als je beter kijkt zie je dat het een zeer geordende structuur is. De oriëntatie van de lijnen in het ‘doolhof’ en de afstand ertussen variëren afhankelijk van de belasting en druk die het bot moet weerstaan.” Aan de bovenkant van het dijbeenbot, richting de heup, zie je de lijnen dichter op elkaar liggen en wat afbuigen in horizontale richting. Dat is omdat hier veel druk op komt. Ito: “Bot reageert op mechanische belasting. Door de interne structuur aan te passen kan bot inspelen op veranderende mechanische behoeften, zonder dat er meer massa nodig is. Als je zoekt naar slimme materialen, dan heb je aan bot een uitstekend voorbeeld.”

Deze adaptieve, ‘slimme’ eigenschappen dankt bot aan de verschillende cellen waaruit het is opgebouwd. Er is namelijk niet één type botcel, het zijn er drie. De bekendste zijn de osteoblasten of botvormende cellen. Zij bouwen de structuur van bot en zorgen dat het mineraal calciumfosfaat (het ‘kalk’ van je botten) hierin harde kristallen kan vormen. Dit proces heet mineraliseren en zorgt voor de hardheid van bot. Het tweede type botcel zijn de osteoclasten. Deze cellen doen precies het tegenovergestelde: ze lossen de harde calciumfosfaatkristallen weer op en breken zo het bot af.

Opbouwen en weer afbreken

Het zal duidelijk zijn dat een strikte regulering van de activiteit van de botvormende en botafbrekende cellen cruciaal is. Neemt een van de twee de overhand, dan loopt het fout. Of er ontstaan te ver doorgegroeide botten of juist te zwakke botten. Dat brengt ons bij het derde type botcel, de osteocyten. Dit zijn ook de meest mysterieuze botcellen, waar we nog het minst van weten. “Osteocyten zijn heel intrigerend”, legt Ito uit. “Ze beginnen als osteoblasten, de botvormende cellen, maar terwijl ze het botweefsel opbouwen raken ze gaandeweg zelf ingebouwd in het weefsel.” Op dat moment veranderen ze in een nieuwe type cel: de osteocyten. Deze fungeren als communicatiecellen: ze kunnen signalen opvangen en doorgeven aan andere cellen. Ito: “Hoe ze dat precies doen, weten we nog niet, maar we weten dat ze lange uitlopers ontwikkelen waarmee ze door de poreuze matrix heen naburige osteocyten kunnen aanraken.”