Organen op een chip
De afgelopen jaren is flink geïnvesteerd in onderzoek om menselijke cellen te kunnen kweken op kunststof chips. Belangrijk voor onderzoek naar ziekten en om het aantal proefdieren te verminderen. Maar er is meer nodig om de chips ook breed toepasbaar te maken in de praktijk. ‘Iedereen maakt de chips nog op zijn eigen manier.’
Elk nieuw ontwikkelde medicijn wordt voor het bij de apotheek komt te liggen uitgebreid getest op veiligheid en werkzaamheid. Hiervoor worden jaarlijks honderd duizenden proefdieren ingezet, wat ook voor deze toe passing op steeds meer maatschappelijke weerstand stuit. Het verminderen van dierproeven staat sinds een aantal jaar hoog op de politieke agenda; cosmeticaproducten mogen al sinds 1997 niet meer worden getest op dieren.
Medische onderzoekers zeggen voorlopig nog niet zonder te kunnen, maar daarin komt misschien verandering. Tot de meest veelbelovende innovaties om de inzet van dierproeven te kunnen verminderen, behoren mini-organen die op chips zijn gekweekt uit menselijke cellen.
Deze orgaanchips geven beter dan dieren weer hoe menselijke organen reageren op medicijnen. Door voor de kweek cellen van de patiënt zelf te gebruiken, wordt ook meteen duidelijk welke medicatie voor die persoon het beste werkt. Maar zo ver is het nog niet
Cellen kweken op chips
Een orgaan op een chip oogt niet als een traditionele computerchip, laat staan als een echt orgaan. De chip bestaat uit een doorzichtig stukje kunststof, vaak het rubberachtige polydimethylsiloxaan (PDMS), ter grootte van een usb -stick waar minuscule kanaaltjes doorheen lopen. Ook kunnen er kleine ‘kamertjes’ in zitten. Aan de wanden van de kanalen en kamers kunnen onderzoekers bijvoorbeeld menselijke long- of levercellen laten groeien.
Met pompen aan het begin en het eind van deze kanalen wordt vloeistof zoals namaakbloed of een opgelost medicijn langs de cellen gepompt. Sensoren in de chip meten vervolgens het effect.
Door de kanalen en kamers op elkaar af te stemmen proberen onderzoekers de chips zo veel mogelijk de functies van onze organen, of een deel daarvan, na te bootsen. Hierbij kijken ze ook naar de mogelijkheid om meerdere soorten cellen of mini-organen op één chip te plaatsen, en via kleppen de vloeistofstromen zo te leiden dat ook de interactie tussen verschillende celtypen aan het licht komt.
Tot nu toe worden deze systemen vooral gebruikt in het fundamentele biomedische onderzoek. Hier bootsen ze de functies van organen na om meer te weten komen over wat er in zo’n orgaan gebeurt, bijvoorbeeld wanneer iemand ziek wordt.
‘Het grote voordeel is dat we hier in 3D werken', vertelt Christine Mummery, hoogleraar ont wikkelingsbiologie aan het Leids Universitair Medisch Centrum (LUMC). ‘Dat geeft een veel realistischer beeld van wat er in het lichaam gebeurt dan de celkweken op een vlakke plaat waarop we voorheen altijd waren aan gewezen.’
Dit fundamentele onderzoek heeft al nieuwe inzichten opgeleverd. Zo ontdekten Mummery en haar collega’s dat de gladde spier die normaal strak tegen de wand van een bloedvat zit bij sommige ziekten een beetje loslaat. Hierdoor wordt de bloedvatwand zwakker, en is de kans op bloedingen groter. ‘Nu we dit weten, kunnen we hier voor een behandeling ontwikkelen
Hulpmiddel bij onderzoek
Maar ondanks deze mooie resultaten is het nog niet gelukt om de chips verder te krijgen dan een handig hulpmiddel bij onderzoek. De afgelopen tien jaar is er flink geïnvesteerd in dit vakgebied, zowel vanuit de overheid als het bedrijfselven.
Jaap den Toonder, hoogleraar microsystemen aan de TU Eindhoven, snapt die interesse wel. ‘Voor de farmaceutische industrie is het interessant om met deze systemen het effect van nieuwe medicijnen op organen te testen. En daarnaast zien bedrijven en overheden ook echt kansen voor de gepersonaliseerde diagnostiek. Dan laat je cellen van een ziek persoon in zo’n chip groeien, en kun je eerst buiten het lichaam testen welke behandeling het beste werkt.’
De vraag of deze toepassingen ook praktijk worden of een belofte blijven, moet een aantal grote onderzoeksprojecten de komende jaren gaan uitwijzen.
Dit artikel gaat verder in het blad De Ingenieur.
Tekst: Renée Moezelaar
Openingsbeeld: HDMT / TU/E
MEER LEZEN OVER ORGANEN OP CHIPS?
Dit is niet het hele artikel. Het hele verhaal is te lezen in het augustusnummer van De Ingenieur. Koop de digitale versie voor € 7,50, of neem - met een flinke korting van 25 % - een digitaal jaarabonnement van twaalf nummers voor € 69,-.
