De ontwikkeling van zogenoemde organ-on-a-chip in Nederland heeft met een totale extra investering van 4,8 miljoen euro een flinke boost gekregen. Daarmee gaan tien onderzoeksgroepen van acht universiteiten, samen met bedrijven, stichtingen en kennisinstellingen werken 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.
Een organ-on-a-chip worden momenteel vooral gebruikt door onderzoekers bij ontwikkeling, en testen, van nieuwe medicijnen, het bestuderen van littekenweefsel of kankeruitzaaiingen in de bloedbaan. Doel hiervan is ook om beter te begrijpen hoe de cellen zich gedragen in hun micro-omgeving of hoe ziektes zich ontwikkelen en zich door het lichaam verspreiden.
Organ-on-a-chip technologie
De zogenoemde organ-on-a-chip is een kleine computerchip met menselijke cellen op een plastic plaatje met geïntegreerde microkanaaltjes en -kamertjes. Daarbinnen groeien nagenoeg onzichtbare complexe weefsels van menselijke cellen in een omgeving die het menselijk lichaam nabootst.
De levende cellen worden van voedingsstoffen voorzien door een pompje dat een minieme hoeveelheid vloeistof naar de cellen aan- en afvoert. Met behulp van sensoren wordt gemeten hoe cellen reageren. Met worden eventuele veranderingen aangebracht. Denk aan het veranderen van de druk, mechanische kracht, zuurstofniveau of stroomsnelheid.
Universele standaard
Door het ontbreken van een universele standaard voor de organ-on-a-chip is van grootschalig gebruik door farmaceuten nog geen sprake. De 'orgaanchips' die nu nog ontwikkeld worden, zijn bedoeld voor onderzoeksdoeleinden. Daardoor zijn er te veel verschillende chips, elk met een ander ontwerp, afmeting en van een ander materiaal. Ook zijn ze moeilijk in te passen in de pijplijn van de farmaceutische industrie en is de opschaling naar grotere aantallen erg lastig.
Het Nederlands consortium hDMT wil daar nu verandering in aanbrengen. Binnen het consortium hebben zich tien onderzoeksgroepen van acht universiteiten verenigd. Zij werken samen met 21 bedrijven, drie kennisinstellingen en twee stichtingen. Het consortium en de samenwerkende partijen gaan onder leiding van hoogleraar Microsystemen Jaap den Toonder van de TU Eindhoven een gestandaardiseerd en modulair platform ontwikkelen voor organen-op-chips: de ‘SMART Organ-on-Chip’.
Deze universele standaard moet met name ook ten goede komen aan de farmaceutische industrie. Het ontwikkelen van een nieuw medicijn kost doorgaans minimaal 10 jaar en miljarden euro's. Dat is het gevolg van de verschillende fasen die en nieuw geneesmiddel moet doorlopen. In de praktijk valt bovendien zo'n 80 procent van de nieuwe medicijnen in de laatste fase alsnog af. Die langdurige ontwikkel- en testprocedure moet met behulp van de organ-on-a-chip technologie flink verkort kunnen worden.
“Als je de medicijnen direct kunt uittesten op een realistisch menselijk orgaan-op-een-chip model, waarbij de complexiteit van het lichaam meteen wordt meegenomen, dan kun je schadelijke of niet-werkende medicijnen veel eerder in het proces elimineren zodat veel kosten worden bespaard”, aldus Den Toonder.
Organ-on-a-chip standaard
Voor de ontwikkeling van een universele standaard bouwen de onderzoekers een zogenoemde docking-plaat. Die heeft een standaard afmeting waarin de vloeistofkanalen en de elektronica zitten. Vervolgens kunnen de chips er als modules op worden geklikt.
Op die manier kunnen standaard weefselchips, met de cellen in de juiste micro-omgeving, gemaakt worden, maar ook technische chips met innovatieve vloeistofpompjes en fysische en chemische sensoren. “Dat maakt het systeem flexibel, je kunt de chips er in elke gewenste combinatie op klikken, afhankelijk van het type orgaan dat je wilt onderzoeken en de vraag die je wilt beantwoorden”, vertelt Den Toonder.
Het hele systeem sluit aan bij de farmaceutische processen en biomedische R&D.Bijvoorbeeld om te kunnen werken met pipetteerrobots en ingewikkelde microscopische technieken. En daarmee wordt de organ-on-a-chip een toegankelijke 'open-technologie' waarmee andere bedrijven hun eigen toepassingen kunnen ontwikkelen en toevoegen aan het bestaande platform.
Focus op littekenweefsel
In het Perspectief-programma waarvoor de NWO-subsidie beschikbaar gesteld is, richten de onderzoekers zich specifiek op de ontwikkeling van littekenweefsel: fibrose. De zogenoemde fibrosevorming schiet bij organen soms door tot woekerende bindweefselgezwellen. De omgeving van het orgaan speelt daarbij een grote rol. Daarom is het bij het bestuderen van dit proces van cruciaal belang die omgeving mee te nemen in de organ-on-a-chip modellen
“De NWO-Perspectief-subsidie geeft ons de mogelijkheid om de brede multidisciplinaire groep wetenschappers die je nodig hebt voor zo’n ontwikkeling samen te brengen met industriële partners, van maakindustrie tot eindgebruikers”, aldus Den Toonder.
