Het in vivo uittesten van medicijnen op dieren en mensen staat al geruime tijd onder druk. Is het allemaal wel nodig? Kan het niet in kleinere aantallen, in laboratorium simulaties (in vitro) en zonder leed? Het antwoord luidt uit de optiek van medische AI en e-health zonder meer ‘ja’. Met nieuwe technieken, slimme algoritmen en kunstmatig gesimuleerde labtestomgevingen komt er een einde aan dierproeven en grootschalige populaties met proefpersonen.
Wel is daarvoor een andere kijk op farmacologische testen nodig. Veel is op het gebied van in vitro medicijnproeven nog in oude verplichtende wetgeving verankerd, wordt om economische redenen niet gedaan en/of zit gewoon niet tussen de oren van onderzoekers.
In vitro: anders voorspellen en nabootsen
In essentie komt de nieuwe visie op medicijnproeven in vitro neer op het op een andere technische wijze van voorspellen en nabootsen. In het voorspellen is kunstmatige intelligentie (AI) al heel goed en wordt zelfs steeds beter. AI is al in een voorstadium in staat te voorspellen of het met een beoogd medicijn wat gaat worden of niet. En als het farmacon er al is, dan wordt het beoogde nieuwe medicijn met slimme testalgoritmen het vuur aan de schenen gelegd.
Belangrijk zijn voorspellende tools en modellen in het preklinische traject. Dit kan onder andere de uitval van medicijnen in een latere fase van ontwikkeling verlagen.
Het nabootsen van in vitro testsettings kan op tal van manieren. Bekend zijn organen op een chip (OoaC) of zelfs complete lichamen op een Chip (BoaC). En dan heb je natuurlijk ook nog de cel-, weefsel- en orgaankweken die vrijwel net zo reageren als menselijke of dierlijke levensvormen.
Model of op een chip?
Met modellen kun je zieke organen of menselijke systemen nabouwen. Vervolgens kan de onderzoeker met de juiste explorerende en testende algoritmen bestuderen hoe je de beoogde ziekten het beste met digitaal gesimuleerde farmaca kan aanpakken. Hier zijn al diverse in-vitro platforms voor ontwikkeld. Bijvoorbeeld voor leveraandoeningen, diabetes, aderverkalking, bepaalde typen kanker en verouderende hersenfuncties. Behalve menselijke zijn er ook diermodellen ontwikkeld. Bijvoorbeeld het muizenmodel van TNO.
Aanvullend zijn de zogenaamde transrelationele modellen, voor fundamenteel onderzoek naar de toepassing van farmaca in de praktijk. Op een chip gaat het om een nabootsing van cellen, weefsels, organen en zelfs complete lichamen in de vorm van microkanaaltjes voor vloeistoffen op een chipondergrond. De biologie is de kern. De OoaC of BoaC reageert net zo als humaan of dierlijk weefsel en cellen.
Deze chipmodellen worden meer en meer ingezet voor gepersonaliseerde medicatie. Model op maat dan ook medicijn op maat. Relatief nieuw zijn de Multi Organs on a Chip (MOoaC) die gewoon delen van het menselijk lichaam realistisch kunnen simuleren.
De superweefselkweek
Weefselkweken met wat cellen of meer in een petri-schaaltje zijn al oud. Relatief nieuw is het kweken van weefsels en organen met stamcellen. Daarbij ontstaan in vergelijking met de oude technieken echte superweefsels.
Een spin-off is de ontwikkeling van organisch vlees. Het opkweken van echt menselijk weefsel heeft een aantal belangrijke voordelen. Er zijn regelmatig fikse verschillen tussen humane en dierlijke weefsels. Dat kan de testresultaten beïnvloeden. Je kunt gemakkelijk tegen relatief lage kosten grote hoeveelheden toxische stoffen op menselijke cellen en organoids (een cultuur van stamcellen met weefselpotentie) testen. Dat wordt hoog tijd bij de huidige intoxicerende milieuvervuiling.
Dierproeven aan de wilgen?
Dierproeven stuiten op veel weerstand. Voorstanders claimen dat het echt niet anders kan en de proefdieren best goed verzorgd worden. Tegenstanders hebben het over bruut en onnodig dierenleed en dat dierproeven door technische vervangers uit de tijd zijn geraakt.
In Nederland gaat het om 450.000 dierproeven per jaar. Volgens stichting Hart voor Dieren zijn die straks echt niet meer nodig. Verouderde wetgeving en economisch belang zouden vervangende lab on a chip-proeven gewoon traineren. Bovendien is er een overschot aan proefdieren die regelmatig zonder gebruik worden afgemaakt.
Dit alles wordt beaamd door de Stichting Proefdiervrij. En de Brandwondenstichting investeert in proefdiervrije innovatie. Kortom proefdieren voor medicijnproven zijn niet meer van deze tijd. Hetzelfde geldt ook voor cosmetica.
Van wetenschappelijke zijde maakt bijvoorbeeld de WUR ( University & Research) zich hard voor het vervangen van dierproeven door moderne technieken. Zij zeggen letterlijk: ”Veel onderzoek kan tegenwoordig ook - en soms zelfs beter en goedkoper - met vervangende methoden worden gedaan, bijvoorbeeld via weefselkweek of computermodellen.”
Het dan ook nog een dierproef doen, is geleidelijk rijp voor de wilgen geworden. Geen gouden standaard meer, of altijd noodzakelijk van wege een roestige wettelijke verplichting. Kijk eerst maar eens naar de alternatieven voor en noodzaak tot…
Omabeleid en 3V
Vanuit het ministerie van LNV (Landbouw, Natuur, Voedselkwaliteit) komt het uitvoeren van zogenaamd OMA-beleid. Bij het OMA-principe gaat het om: onderzoeksvraag centraal, het selecteren beste van de beste Methode en Analyse. In de praktijk betekent dit maatwerk: het maken van combinaties tussen dierstudies, 3V-methoden en proefdiervrije- oplossingen. 3V staat hier voor Vervangen (andere opties), Verminderen (minder proefdieren of testen) en Verfijnen (welzijn van dieren, telemetrie en minder bemonstering.
Fewer Animals more Humans
Een geheel andere insteek vormt het direct meten aan de mens zelf. De daarvoor benodigde e-technologie en AI zijn de afgelopen jaren enorm gegroeid: tal van externe slimme scans, markers, DNA-onderzoek tot robotmoleculen in de bloedbaan of hersenvloeistof. Hierdoor worden de mogelijkheden tot diagnostiek, het bestuderen van zieken en het direct aanschouwen van medicijnwerking aanmerkelijk vergroot. Dit is met name gebeurd in de neurologie en interne geneeskunde, maar recentelijk ook in de GGZ.
Microdosering blijkt een goede methode te zijn om de werking van een geneesmiddel te testen in een zodanig lage dosering dat van het middel geen lichamelijke effecten worden verwacht, maar wel op celniveau de reactie bestudeerd kan worden.
Biobanken met een verzameling menselijk materiaal vormen in combinatie met medische gegevens een ware bron van testonderzoek. Daar komt verder geen levend mens of proefdier meer aan te pas. Vooral toegepast bij (AI-)onderzoek naar de werking van erfelijk materiaal.
Als laatste de digitale tweeling. Dat is een farmacologisch AI-testmodel van zijn menselijk analogon. Ideaal om ziekten en de werking van medicijnen daarop te bestuderen en testen. Onder meer al ingezet bij hersenschade, gepersonaliseerde medicatie en real live bestudering van orgaancondities. Dit alles vermindert ook sterk de behoefte aan dierproeven.
Voortschrijdend inzicht over in vitro
Samenvattend is de technologische visie op het uitvoeren van dierlijke en humane farmacologische testen al danig veranderd. Nu nog voortschrijdend inzicht bij de behandelaars, wetgevers en beleidsmakers over de nieuwe in vitro platforms met AI en e-simulaties.
Door: Ulco Schuurmans
