Door het kweken van miniatuurorganen kunnen onderzoekers meer inzicht krijgen in de effecten van ziektes op organen. Daarmee kan uiteindelijk ook maatwerk geleverd worden in de behandeling van afzonderlijke patiënten. Hoe? Dat gaan onderzoekers van het LUMC, de Universiteit Twente (UT), UMCG, TU Delft en het Hubrecht Instituut de komende 10 jaar bestuderen.
Het onderzoek heeft een subsidie gekregen van het ministerie van OCW in het kader van het Zwaartekracht traject – financiering van fundamenteel onderzoek. NWO, dat medeverantwoordelijk is voor de financiering van wetenschappelijk onderzoek in Nederland, maakte gisteren bekend welke zes onderzoeken komend jaar elk 18,8 miljoen euro Zwaartekracht-subsidie krijgen. Daaronder valt ook onderzoek van de Technische Universiteit Eindhoven, Universiteit Maastricht, en uit Utrecht (van het UMC Utrecht, Hubrecht Instituut en de Universiteit Utrecht) naar de ontwikkeling van intelligente biomaterialen.
Organs-on-a-chip
Het kweken van levende menselijke cellen en weefsels buiten het lichaam gebeurt volgens hoogleraar ontwikkelingsbiologie Christine Mummery van het LUMC en de UT in zogeheten ‘organs-on-chips’: kleine compartimentjes op een siliciumchip, waarin de omstandigheden in het lichaam worden nagebootst. Dat gebeurt onder meer met behulp van kanaaltjes in de chips, waardoor minieme hoeveelheden vloeistof nauwkeurig toegediend kunnen worden om onder meer de groeiende cellen te voeden. De vloeistof wordt aan- en afgevoerd met behulp van miniatuurpompjes en het gedrag van de cellen is met sensoren te meten. Mummery: “Je maakt eigenlijk een klein deel van een orgaan.”.
Mummery igeeft leiding aan het tienjarige organs-on-a-chip project. Zij werkt samen met vijf andere gerenommeerde wetenschappers – onder wie Michel Ferrari (neuroloog, LUMC), Albert van den Berg (nanotechnoloog, UT), Hans Clevers (celbioloog, Hubrecht Instituut), Cisca Wijmenga (humaan geneticus, UMCG) en Lina Sarro (nanotechnoloog, TU Delft). Deze onderzoekers werken al langere tijd samen op het gebied van organen-op-chip in het samenwerkingsverband Human Organ and Disease Model Technologies (hDMT).
Kweken uit stamcellen
De focus bij het onderzoek ligt op hart-, hersen-, darm- en bloedvatcellen, die gekweekt worden uit stamcellen van patiënten met bepaalde aandoeningen. Deze cellen vormen vervolgens de basis voor de 'chiporganen' die net zo functioneren als organen in het menselijk lichaam, aldus Mummery. “Zo laten we de hartmodellen net zo kloppen als een echt hart en hebben de darmmodellen hun eigen bacteriën. We bouwen delen van de hersenen na in samenwerking met het Erasmus MC. Op deze manier kunnen we precies nabootsen wat er in die organen misgaat bij bepaalde aandoeningen.”
De onderzoekers bestuderen ook het effect van darmbacteriën op het lichaam, stelt Mummery. “Hart- en vaatziekten ontstaan soms doordat de balans van deze bacteriën ontregeld is geraakt.” Om dit te onderzoeken, maken de onderzoekers niet alleen drie verschillende chiporganen. Ze gaan deze ook aan elkaar koppelen en de onderlinge beïnvloeding bestuderen. “Zo kun je bijvoorbeeld de onderlinge effecten van gezonde en zieke organen bestuderen en wat er gebeurt met de hersenen of het hart als darmbacteriën ontregeld raken.”
Alternatief voor dierproeven
De gekweekte miniatuurorganen vormen ook een goed alternatief voor dierproeven. “Wat er in diermodellen gebeurt, is niet altijd een goede weergave van wat er in het menselijke lichaam plaatsvindt. Het hart van een muis klopt bijvoorbeeld 500 keer per minuut, maar dat van een mens slechts 60 keer per minuut. Bepaalde delen van de hersenen zijn bij muizen radicaal anders en de dikke darm heeft bij muizen een andere functie dan bij mensen,” zegt Mummery. “We denken ook dat we sommige effecten en bijwerkingen van nieuwe medicijnen beter en sneller kunnen testen en voorspellen in ‘organs-on-chips’.
Voorlopig toekomstmuziek
Helpen de miniatuurversies van de hersenen, het hart en de darmen ook mee om snel ziektes een halt toe te roepen? “Dat is nog toekomstmuziek volgens de hoogleraar. “Een medicijn ontwikkelen kost tijd. Dit onderzoek gaat 10 jaar duren. We gaan eerst onderzoeken hoe ziektes ontstaan en vervolgens gaan we op zoek naar moleculen die deze processen kunnen beïnvloeden. Ook willen we onderzoeken waarom bepaalde personen met een erfelijke aandoening ernstig ziek worden, terwijl anderen met dezelfde erfelijke afwijking veel minder klachten hebben.”
