Dankzij de zogeheten organ-on-a-chip-technologie kan worden ontdekt hoe kankercellen erin slagen om een tumor te verlaten en door ons lichaam verder dwalen. Tijdens zijn promotieonderzoek aan de TU/e onderzocht biomedisch ingenieur Mohammad Jouybar hoe je specifieke organ-on-a-chip of cancer-on-a-chip devices kunt bouwen. Doordat er inzicht komt in de werking van kanker, kan er ook gerichter tegen worden opgetreden.
Bij kankeronderzoek wordt al snel gedacht aan biologische tests, medicijntests en patiëntenstudies. Maar met de techniek van Jouybar kan worden achterhaald hoe kankercellen zich gedragen. TU/e-onderzoeker Mohammad Jouybar is als ingenieur vanaf het begin van zijn carrière zeer gemotiveerd om een verschil te maken in de gezondheidszorg.
Organ-on-a-chip technologie
De organ-on-a-chip-technologie is nog relatief nieuw op het gebied van ziektemodellering en therapeutisch testen, vertelt Jouybar. Het bestaat nu volgens hem zo’n vijftien jaar. De techniek is volgens hem een goed alternatief voor of een aanvulling op diermodellen. Bovendien voegt hij toe dat het een ethischere en goedkopere keuze is om dezelfde inzichten te krijgen als bij diermodellen.
In een orgaan-op-een-chip laten onderzoekers menselijke orgaancellen groeien in een hydrogel en/of in kleine microkanaaltjes. Omdat ze de cellen laten groeien, kunnen ze precies bepalen welk type cellen ze naast elkaar laten groeien en welke specifieke biomechanische signalen ze moeten toepassen. Voorbeelden hiervan zijn de bloedstroom binnen kanalen of mechanische rek die de cel-op-cel-interactie beïnvloedt. Het betekent effectief inzoomen op een enkele functie van een orgaan of een enkel mechanisme dat de onderzoekers willen bestuderen.
Eerste model
Er zijn verschillende modellen die Jouybar ontwierp, bouwde en kweekte voor zijn PhD. Het doctoraat was volgens Jouybar in het begin niet erg gedefinieerd of gedetailleerd. Het team wilde de uitgezaaide fase van kankers bestuderen. En dat is niet een enkele gebeurtenis die plaatsvindt. “De uitgezaaide fase van kanker is geen enkele gebeurtenis - het is een trapsgewijs proces”, voegt Jouybar toe.
Jouybar kreeg de vraag om een model te ontwerpen en te bouwen om zo te kunnen bestuderen hoe borstkankercellen hun tumor verlaten, het weefsel binnendringen en in de bloedbaan terechtkomen. De onderzoekers wilden bestuderen hoe deze cellen vanuit het melkkanaal de bloedbaan binnendringen. Het team koos ervoor om borstkanker te bestuderen omdat het veel voorkomt en een goede mogelijkheid is voor het bestuderen van het metastatische proces.
Breken van kankercellen
Bij metastase breken kankercellen los van waar ze zich voor het eerst vormden (primaire kanker), reizen ze door het bloed- of lymfesysteem en vormen ze nieuwe tumoren (uitgezaaide tumoren) in andere delen van het lichaam. De uitgezaaide tumor is hetzelfde type kanker als de primaire tumor. Het hele proces nabootsen op een chip gaat niet en dus concentreerden ze zich op de eerste stap op metastase omdat hierover verder weinig bekend was.
De eerste stap was dus het bouwen, of beter gezegd laten groeien, van de elementen van cancer-on-a-chip. In dit geval bevinden de kankercellen zich in een microkanaal in de chip, waarbij het borstkanaal wordt nagebootst, waarbij de omringende hydrogel het structurele weefsel nabootst en de aangrenzende microkanalen de kleine bloedvaten nabootsen. Jouybar fabriceerde de cirkelvormige dwarsdoorsnedekanalen op een chip, een vergelijkbare geometrie die wordt aangetroffen in menselijke bloedvaten.
Vervolgens kon hij de stroming door deze kanalen variëren om het effect van verschillende soorten stromen op bloed- of lymfevatencellen te bestuderen. Afgelopen september zijn wetenschappers van de Ohio State University dankzij de techniek van organ-on-a-chip beademingsapparaat in geslaagd om de fysieke en de biologische schade die worden veroorzaakt door beademingsapparatuur te onderzoeken.
