Ziektes beter begrijpen dankzij organ-on-a-chip
Voor het doen van medisch onderzoek bouwen onderzoekers vaak weefsel na in het laboratorium. Met de zogeheten organ-on-a-chiptechnologie wordt een soort kunstorgaantje gemaakt, inclusief bloed dat er doorheen stroomt. Zo ontstaat een levensechte testsituatie voor medicijnen of het onderzoeken van ziekteprocessen. Onderzoekers van het LUMC leiden een NWO Zwaartekrachtproject dat werkt aan organs-on-chips.
Dit is een artikel in een serie over samenwerkingsverbanden en maatschappelijke impact.
‘Wij bootsen met organs-on-chips in het laboratorium de fysiologie en anatomie van gezond en ziek weefsel na’, vertelt Christine Mummery, hoogleraar Ontwikkelingsbiologie en Hoofd van de afdeling Anatomie en Embryologie aan het LUMC. Voor het maken van een organ-on-a-chip worden stamcellen van patiënten gebruikt: dat zijn cellen die zich nog kunnen ontwikkelen tot andere soorten lichaamscellen. Uit deze stamcellen kweken onderzoekers het specifieke weefsel dat ze willen bestuderen om te begrijpen waarom mensen bepaalde ziektes krijgen, welke onderliggende moleculaire processen daarbij een rol spelen en hoe die gecorrigeerd kunnen worden.
Kunstmatige bloedstromen
‘In een weefsel ondergaan cellen biofysisch en functionele veranderingen doordat ze in drie dimensies groeien, samenwerken met andere celtypes en er bloed doorheen stroomt’, vertelt Mummery. Daarom zijn in organs-on-chips kunstmatige bloedvaten aangelegd die de bloedsomloop simuleren. ‘Verder laten we bijvoorbeeld long- en hartweefsel op de chip ritmisch uitzetten, zoals wanneer je ademt en je hart klopt. En het darmweefsel ondergaat peristaltische bewegingen, zoals tijdens de spijsvertering.’ Dat maakt een organ-on-a-chip een veel realistischer testsituatie dan de traditionele celkweek.
Nationale samenwerking
Bijna alle academische ziekenhuizen en veel universiteiten en instituten werken aan de ontwikkeling van organs-on-chips. Om dit te coördineren en te zorgen dat niet elke universiteit alles alleen hoeft te doen, is in 2015 het human Organ and Disease Model technologies (hDMT) opgericht. ‘We laten ruimte voor ieders eigen creativiteit, maar proberen te voorkomen dat onderzoek dubbel wordt gedaan. Verder delen we technologie en stamcellijnen van bepaalde patiënten,’ vertelt Mummery. Dit samenwerkingsverband kreeg recent een NWO Zwaartekrachtbeurs; onderzoekers van het LUMC leiden dit project onder de naam NOCI.
Weefsels koppelen als legoblokjes
Mummery en haar team werken samen met onderzoekers van de Universiteit Twente – waar de Leidse hoogleraar nog een deeltijdaanstelling heeft – aan een gestandaardiseerd systeem voor organs-on-chips. ‘Nu moet elke chip zijn eigen pompjes en regelsystemen hebben. In Twente werken ze aan een systeem waarbij dat centraal geregeld is; de chips kun je er als een soort legoblokjes in steken,’ zegt Mummery. ‘En in Leiden kijken we vervolgens hoe de cellen het best overleven in dit systeem. Ook ontwikkelen we een manier om in real time uit te lezen op welke manier en hoe snel cellen reageren, bijvoorbeeld op toxische stoffen of medicijnen.’
Spin-off bedrijven
Het onderzoek leidde ook tot spin-off-bedrijven zoals Ncardia en Mimetas, die onderdelen voor organs-on-chips ontwikkelen en beiden hun kantoor hebben op het Leiden Bio Science Park. Ook zijn farmaceutische bedrijven uit binnen- en buitenland geïnteresseerd in samenwerkingen. De organs-on-a-chiptechnologie is namelijk veelbelovend voor het testen van medicijnen. ‘Om een medicijn te testen zijn nu nog proefdieren, vaak muizen, nodig. Naast dat dit natuurlijk niet fijn is, kost het ook veel tijd en geld. En dan heb je nog de kans dat het geteste middel in een mens alsnog niet goed werkt, omdat die toch anders in elkaar zitten dan muizen,’ zegt Mummery. ‘Met de organs-on-chips willen we allereerst betere – realistischere – testsystemen ontwikkelen. Als daarmee het aantal proefdieren ook nog daalt, is dat mooi meegenomen.’
Tekst: Dorine Schenk
Beeld: Vjsieben (via Wikipedia)
Mail de redactie