Na het lab on a chip (LOC) volgt het Organ On a Chip (OOC). Een veel belovende e-health-tool die de werking van menselijke organen simuleert en/of overneemt. Je kunt drie kanten uit met een OOC: 1. Als proeforgaan om medicatie en andere behandelvormen op te testen. Geen proefdier of vrijwilliger (zoals nogal eens misbruikt in ontwikkelingslanden) meer nodig. 2. Als een volwaardig orgaan aan het menselijk lichaam te koppelen of implementeren. 3. Fysiologisch of biochemisch onderzoek zonder proefpersonen uitvoeren.
OOC is naar verwachting zeer belangrijke impact op de doorontwikkeling van e-health, de effectiviteit van de gezondheidszorg en onderzoek naar ziekten. Er zijn in 2015 en 2016 al twee wetenschappelijk wereldcongressen aan gewijd en er is relatief veel literatuur voor handen.Wat is het ?
Technisch gezien gaat het om een soort chip bestaande uit microkanaaltjes (met vloeistoffen of elektrolyten) en micro-perfusieruimtes waarin organische processen plaatsvinden. Doorgaans zijn de microkanaaltjes bekleed met menselijk epitheel en andere werkende orgaancellen. Vaak zijn de OOC’s doorzichtig zodat de interne processen ook van buitenaf visueel te bestuderen zijn. De eerst standaard typen zijn USB-achtige sticks met flexibele polymeren als drager.In feite gaat het om een vorm van celhosting. De microstructuur van het OOC faciliteert de daarop aangebrachte levende functionele cellen. Een stap verder nog gaat de inzet van nanobots en kunstmatige cellen op deze kunstorganen.
Wat doet het?
De bedoeling is dat per gekozen, eerder genoemde functie, de OOC zich net als een menselijk (mini-)orgaan gedraagt. Er is inmiddels al keuze uit nieren, longen, het maagdarmkanaal, huid, lever, beenmerg en de hersenen met een blood-brain barrière. Behalve biochemische en elektrolytische processen kunnen OOC’s tevens peristaltiek of ademen nabootsten.Geen proefdieren en proefpersonen
Een groot voordeel van OOCs is dat er veel minder proefdieren en proefpersonen meer nodig zijn. Dat bespaart veel onnodig leed, geld en ethische discussies. Een ander voordeel is dat de werking van OOC’s precies identiek is en vooraf geheel op maat te programmeren valt. Met andere woorden: er is geen belangrijke invloed van de variatie tussen proef-dienen en mensen meer.Een stap verder is om de OOC’s aan de hand van patiëntprofielen op te zetten. Je kunt dan exact uittesten wat medicament x, behandeling y of bestraling z straks bij die ene specifieke patiënt zal gaan doen. Dit is over enkele jaren waarschijnlijk realiteit.
Medicijnen, infecties en milieu
Het OOC vormt de perfecte proefopstelling voor het blootstellen van de menselijke organen aan allerlei factoren. Hoe grijpen medicijnen precies in, en komen ze wel op de plek waar ze moeten zijn? Wat doen bacteriën en virussen met de orgaancellen en –functie? En wat is bijvoorbeeld de invloed van fijnstof, roken, microplastics in de bloedbaan en straling op de huid?Tevens zijn OOCs heel geschikt voor het bestuderen van ziektemodellen en het ontwikkelen van hoogwaardige vaccins en orgaan-specifieke medicijnen. Kortom personalized medicine met behulp van micro-engineering.
Orgaanfuncties overnemen
Hoewel OOC’s nu nog vaak miniversie van de echte menselijke organen zijn, is het de bedoeling dat OOC’s straks functies in het menselijk lichaam kunnen overnemen. Bijvoorbeeld die van de alvleesklier bij diabetes, longen bij COPD, cardiaal bij hartfalen, bepaalde lever of bloedvormende functies en het verhelpen van zenuw- en psychische ziekten op het niveau van neuronen en synapsen.Fysiologie
Het testen van de menselijke fysiologie in zowel pathologische als extreme of risicovolle omstandigheden vormt een andere toepassing van de organen op een chip. Zoals het bestuderen van beschadigde, geïnfecteerde of gewoon slechtwerkende cellen. Hoe reageert het menselijk lichaam in extreme omstandigheden? Of desgewenst het simuleren van de mens op de planeet Mars.Ook het gehele lichaam?
Onderzoeksinstituten zoals Wyss en de start-up Emulate zijn momenteel bezig om meerdere OOC’s vasculair aan elkaar te koppelen. Zo kan je een compleet menselijk lichaam heel realistisch nabootsen. Er ontstaat op deze wijze een ‘Holistic humanbody on a chip’3D-printing
Dankzij de 3D-printer zijn OOCs relatief eenvoudig en zonder al te hoge kosten te printen. Dit compleet met biologische targets (aangrijpplaatsen), biomarkers, celwanden, microkanaaltjes en vascularisatie.Massaproductie behoort nu al tot de mogelijkheden.
