Een team onderzoekers heeft een ‘darm-op-een-chip’ ontwikkeld (een digitaal miniatuurmodel van de menselijke darm) waarmee de belangrijkste kenmerken van darmontsteking kunnen worden gereproduceerd en de respons van melanoompatiënten op immunotherapiebehandeling kan worden voorspeld.
Mensen die immunotherapie krijgen voor de behandeling van een melanoom, hoeven daarvoor geen colonoscopie en colonbiopsie te ondergaan. Echter, in de praktijk blijkt darmontsteking wel een van de belangrijkste bijwerkingen van immunotherapie te zijn, met als gevolg dat de behandeling vaak gestaakt moet worden. Om meer inzicht te krijgen in de relatie tussen immunotherapie bij melanoompatiënten en darmontsteking hebben onderzoekers de darm-op-een-chip ontwikkeld.
Ontstekingsbevorderende eigenschappen
Het onderzoek heeft uitgewezen dat de microbiota van melanoompatiënten die niet reageren op immuuntherapie uitgesproken ontstekingsbevorderende eigenschappen heeft, die de integriteit van de epitheliale barrière van de darm beschadigen en de productie bevorderen van moleculen die het immuunsysteem kunnen reguleren.
“Het idee om de invloed van darmmicrobiota op de respons op immunotherapie bij melanoompatiënten te bestuderen komt voort uit mijn studies in de VS. Nu heeft de samenwerking met Politecnico di Milano ons in staat gesteld dit nieuwe apparaat te creëren om gedetailleerde studies uit te voeren naar de moleculaire mechanismen waarmee de microbiota interageren met de cellen van het darmepitheel”, vertelt Mattia Ballerini, hoofdauteur van het onderzoek.
Darm-op-een-chip
De basis van het ontwikkelde darm-op-een-chip model wordt gevormd door de gepatenteerde uBeat technologie van Politecnico di Milano. Deze technologie was oorspronkelijk ontwikkeld om samentrekkingen van de hartspier te reproduceren en later uitgebreid om biomechanische omstandigheden van het kniegewricht te simuleren. En nu wordt de technologie dus ook toegepast om de typische peristaltische darmbeweging na te bootsen.
“De continue bewegingen die door uBeat worden gegenereerd, stellen ons in staat om belangrijke darmpopulaties van menselijke organoïden te differentiëren en zo een zeer realistische omgeving op een chip te reproduceren. De mogelijkheid om zulke complexe biologische processen aan te sturen door middel van engineering alleen opent veelbelovende perspectieven, vooral in de creatie van gehumaniseerde in vitro modellen die bedoeld zijn om het gebruik van dieren op vele gebieden te vervangen,” aldus onderzoeker Marco Rasponi. De resultaten van het onderzoek zijn onlangs gepubliceerd in Nature Biomedical Engineering.
Organ-on-a-chip
De ontwikkeling waarbij (miniatuur) organen worden nagebootst met chiptechnologie wordt op steeds meer gebieden toegepast. Zo kan met een hart-op-een-chip computermodel de manier waarop we hartaandoeningen begrijpen, diagnosticeren en behandelen veranderen.
De chiptechnologie blijft echter niet beperkt tot organen. Zo ontwikkelden Amerikaanse wetenschappers vorig jaar een beademingsapparaat op een chip waarmee beter onderzoek gedaan kan worden naar longschade die kan ontstaan door (langdurige) beademing van patiënten.
