Ongeveer 12 procent van de mensen krijgt last van nierstenen en de aandoening komt wereldwijd steeds vaker voor. Bij een groot deel van de patiënten is het zelfs een terugkerend probleem. Sommige factoren die van invloed zijn op de vorming van nierstenen zijn bekend, maar de precieze chemische processen die zich in de nier afspelen zijn nog niet ontcijferd.
Nier is ‘black box’
Daarom is het belangrijk om de chemische processen achter de vorming van nierstenen precies te begrijpen, legt onderzoeker Burak Eral uit. “De nier is voor ons nog steeds een soort zwarte doos. We kunnen meten wat erin gaat en wat eruit komt, maar het is moeilijk om echt binnenin te kijken wat er gebeurt.”
De onderzoekers ontwikkelden daarom een microfluïdisch platform, een ‘nier op een chip’, om de niersteenvorming op microscopische schaal te kunnen bekijken. Het bestaat uit een smal kanaal met twee ingangen: één met een vloeistof die lijkt op de vloeistof in onze nieren, en één met olie. Nadat een druppel niervloeistof in het kanaal is gepompt, wordt een druppel olie toegevoegd. Zo worden de druppels met niervloeistof van elkaar gescheiden, waardoor microscopisch kleine nier-omgevingen ontstaan. Het buisje en de druppeltjes zijn zo klein, dat zelfs de kleinste kristalvorming van een niersteen met een microscoop kan worden waargenomen.
Factoren vorming nierstenen
Door de samenstelling van de niervloeistof aan te passen, konden de onderzoekers precies nagaan welke factoren de vorming van nierstenen beïnvloeden. Veranderingen in de pH-waarde en in de concentratie magnesium vertraagden of voorkwamen de vorming van nierstenen, vertelt onderzoeker Fatma Ibis.
“Het is de eerste keer dat dit soort experimenten op zo’n kleine schaal wordt gedaan, waardoor het mogelijk wordt om de eerste tekenen van kristalvorming te observeren. Op grotere schaal is het alleen mogelijk om de groei van al gevormde nierstenen te bekijken. Nu kunnen we dus echt de directe effecten zien van veranderingen in de niervloeistof.”
Eerste stap
De onderzoekers gebruikten alleen de meest essentiële ingrediënten om de niervloeistof na te bootsen, in werkelijkheid is niervloeistof veel complexer. Onderzoeker Eral spreekt dan ook over een ‘lange reis’. Een volgende stap kan het gebruik van kunstmatige urine zijn in de ‘nier op een chip’ om het systeem complexer te maken.
Uiteindelijk denken de onderzoekers dat het mogelijk zal zijn om het mechanisme te gebruiken met de urine van patiënten, om een specifieke behandeling voor hun aandoening te bepalen. Ibis: “Veel factoren spelen een rol bij de vorming van nierstenen, en die factoren verschillen per patiënt. Een gepersonaliseerde behandeling zou een zeer efficiënte manier kunnen zijn om patiënten die last hebben van nierstenen te helpen.”
Standaard voor organ-on-a-chip
In Nederland werken tien onderzoeksgroepen van acht universiteiten, samen met bedrijven, stichtingen en kennisinstellingen, aan de ontwikkeling van een gestandaardiseerd modulair platform voor organ-on-a-chip-technologie. Die standaard is nodig om grootschalig gebruik door farmaceuten mogelijk te maken. Door het ontbreken van een universele standaard voor de organ-on-a-chip is van grootschalig gebruik door farmaceuten nog geen sprake. Het Nederlands consortium hDMT wil daar verandering in aanbrengen. Afgelopen maart kreeg het consortium extra financiering van 4,8 miljoen euro.
Lees hier de publicatie over de ‘nier op een chip’ in Biomicrofluidics.
