Bijna een op de zes sterfgevallen wereldwijd worden veroorzaakt door kanker. Daarbij is echter niet de primaire tumor grootste veroorzaker, maar juist de uitzaaiingen. Het bestuderen van uitzaaiingen bij de mens is moeilijk. Jelle Sleeboom, promovendus aan de TU / e, ontwikkelde kleine computerchips met kankercellen die het menselijk lichaam nabootsen. Met behulp van deze technieken wordt het onderzoek naar uitzaaiingen van kanker een stuk eenvoudiger.
Bij het onderzoek naar nieuwe behandelmethoden voor kanker ligt de nadruk vooral op het aanvallen en vernietigen van de zich snel delende kankercellen. Het grootste gevaar voor het niet onder controle krijgen van deze ziekte ligt hem echter in de uitzaaiingen, wanneer de kankercellen zich naar andere organen verspreiden. De kennis over deze ontwikkeling van kanker, metastase genaamd, is nog altijd erg beperkt waardoor behandeling of preventie moeilijk blijft. Met behulp van het kanker-op-een-chip onderzoek van promovendus Sleeboom moet dit verbeterd kunnen worden.
Metastase leren begrijpen
Metastase vindt op zeer kleine schaal plaats en is daardoor moeilijk te volgen. Slechts een of enkele kankercellen hoeven zich los te maken van de tumor, in de bloedbaan te komen en zich ergens anders te vestigen. Dat bemoeilijkt ook het onderzoek naar de werking van metastase.
“Wat het begrip van uitzaaiingen nog moeilijker maakt, is dat kankercellen zich niet vanzelf verspreiden, maar op allerlei manieren worden beïnvloed door hun omgeving”, aldus Jelle Sleeboom. De omgeving van de primaire tumor wordt ook wel de micro-omgeving van de tumor genoemd. Deze micro-omgeving heeft vaak een laag zuurstofgehalte. De kankercellen worden aangestuurd door de gradiënt van lage naar een hoge zuurstofconcentratie rondom de tumor.
Kankercellen worden daarnaast ook beïnvloed door de extracellulaire matrix. Dit is een vezelig netwerk van eiwitten rond cellen dat weefsels structuur en stevigheid geeft. Bij tumoren verandert de stevigheid en vezelstructuur van deze matrix, wat de verspreiding van kanker kan beïnvloeden.
Kanker-op-een-chip
Jelle ontwikkelde tijdens zijn onderzoek naar metastase methoden om het effect van zuurstof en de extracellulaire matrix buiten het menselijk lichaam te bestuderen. Op basis van microfluïdica, de wetenschap van het manipuleren van vloeistoffen op kleine schaal, ontwikkelde hij kleine computerchips die hij kon laten lijken op de micro-omgeving van de tumor. Op deze chips worden kankercellen gekweekt is kleine kamers en vloeistof kanalen.
"Hierdoor denken de kankercellen dat ze in een mens zitten. Het grote verschil is dat deze chips controle geven over de micro-omgeving van de tumor, zodat het effect van de verschillende factoren op kankercellen systematisch kan worden onderzocht", zo vertelt Jelle. Tijdens zijn onderzoek ontwikkelde Jelle eerst een chip die de zuurstofgradiënt kon sturen. Met deze chip konden de kankercellen gevolgd worden.
Vervolgens toonde hij aan dat een bepaald type borstkankercel wordt aangetrokken door lagere zuurstofconcentraties. Een verrassende constatering, aangezien verwacht werd dat kankercellen opzoek gaan naar meer zuurstof. "Deze ontdekking zou ons mogelijk meer kunnen leren over gedrag bij mensen. We hebben deze techniek vervolgens verder ontwikkeld, zodat we kunnen kijken of we hetzelfde gedrag ook zien als de cellen in een extracellulaire matrix zitten", aldus Jelle.
Het inzetten van computerchips in het onderzoek naar (orgaan)ziekten is een ontwikkeling die al meerdere jaren succesvol toegepast wordt. Eind vorig jaar slaagde een onderzoeker van de Universiteit Twente erin een hart-op-een-chip te ontwikkelen. Begin dit jaar presenteerde Mimetas haar eerste Assay Ready organ-on-a-chip productlijn. Volgens de fabrikant een belangrijke stap vooruit in het streven om de organ-on-a-chip technologie voor iedereen beschikbaar te maken.
Doorontwikkeling
Sleeboom werkte de afgelopen periode vooral aan de ontwikkeling van een meer realistische extracellulaire matrix dan tot dusver in het onderzoek is gebruikt. Een matrix die situatie in en rondom de primaire tumor er uit ziet voordat de kankercellen zich losmaken en verspreiden. Kankercellen die zich afscheiden moeten feitelijk door een dun membraan heen. Die fase wordt invasie genoemd.
Sleeboom ontwikkelde een methode om kankercellen met zo'n membraan te omringen voordat de cellen in de extracellulaire matrix worden ingebracht. Hierdoor kon hij de invasie volgen en dit proces verder onderzoeken, bijvoorbeeld door de samenstelling van de matrix te variëren. “De door ons ontwikkelde technieken dragen bij aan de verdere ontwikkeling van kanker-op-een-chip en zullen hopelijk leiden tot een beter begrip van of zelfs methoden om uitzaaiingen van kanker in de toekomst te voorkomen”, zegt Sleeboom.
Jelle Sleeboom zal op 29 september op zijn kanker-op-een-chip onderzoek promoveren.
