Gekweekte orgaantjes op een chip

Wetenschapper Albert van den Berg na de uitreiking van de NWO-Spinozapremie in 2009. Wetenschap
Wetenschapper Albert van den Berg na de uitreiking van de NWO-Spinozapremie in 2009. | beeld beeld
Bekijk dit artikel in de Digitale Editie

Farmaceuten die nieuwe geneesmiddelen ontwikkelen, kennen het probleem. Een medicijn kan uitstekend werken bij proefdieren, maar nauwelijks effect hebben bij mensen, of onverwachte schadelijke bijwerkingen hebben. Een lichaam-op-een-chip kan uitkomst bieden, denken Amerikaanse onderzoekers. Huh, een wat?

Een team wetenschappers van het befaamde Massachusetts Institute of Technology (MIT) ontwikkelde een plaatje met daarop aparte ruimtes waarin ze vier, zeven of tien verschillende mini-organen kweekten uit menselijke cellen: lever, long, hersenen, hart, alvleesklier, nier, spieren, darm, baarmoederslijmvlies en huid. De ‘organen’ staan met elkaar in verbinding via smalle kanaaltjes waardoor vloeistof wordt rondgepompt – een gesimuleerde bloedcirculatie door het lichaam.

De onderzoekers stelden de gekweekte orgaantjes bloot aan verschillende medicijnen, zoals de pijnstiller diclofenac. Vervolgens keken ze over een periode van drie tot vier weken welk effect het geneesmiddel op de cellen in de verschillende ‘organen’ had.

De onderzoekers hopen met deze test in de toekomst al tijdens de ontwikkeling van een nieuw geneesmiddel te kunnen vaststellen of een medicijn dat zijn uitwerking moet hebben in één orgaan, misschien onbedoelde bijeffecten heeft elders in het lichaam. Idealiter werkt een middel tegen de ziekte van Parkinson of Alzheimer alleen in op hersencellen en onderdrukt een medicijn tegen de ziekte van Crohn alleen het ontstekingsproces in de darmen.

Het effect van een nieuw geneesmiddel bij mensen blijkt nogal eens moeilijk te voorspellen met proefdieronderzoek. De lichamen van mens en dier werken nu eenmaal niet exact hetzelfde en reageren soms eender, soms ook anders op een geneeskrachtige stof. Organen-op-een-chip kunnen een betrouwbaarder model bieden dan proefdieren, aldus hoofdonderzoeker Linda Griffith, hoogleraar biological engineering en mechanical engineering aan MIT. De resultaten van het orgaan-op-een-chip-onderzoek werden eind vorige maand gepubliceerd in het vaktijdschrift Scientific Reports.

In de afgelopen jaren zijn onderzoekers erin geslaagd mini-organen te kweken. Het MIT-onderzoek is opvallend omdat de wetenschappers er voor het eerst in slaagden zo’n groot aantal orgaantypen met elkaar in verbinding te stellen. De wetenschappers praten daarom zelf al over een ‘lichaam op een chip’. Wie bedenkt dat het lichaam meer dan zeventig verschillende organen telt, realiseert zich dat dit wel wat optimistisch is.

metingen

Al zijn de één tot twee miljoen cellen tellende orgaantjes goede imitaties, ze bootsen niet álle processen na die in het lichaam plaatshebben. Toch verwacht Griffith met deze versimpelde mini-versie van het menselijk lichaam veel nuttige kennis op te doen. ‘We kunnen medicijnen toedienen aan onze organen op de chip en dan kijken welke effecten dat heeft op de verschillende organen, aan welke concentraties ze blootstaan en hoe de cellen de actieve stof afbreken.’

Toediening van een medicijn via een infuus valt eenvoudig na te bootsen door de actieve stof toe te voegen aan de vloeistof die door alle organen stroomt, het kunstmatige bloed. De onderzoekers imiteren het slikken van tabletten. Ze laten het geneesmiddel door de darmcellen opnemen om die vervolgens af te geven aan de ‘bloedbaan’.

Hun chipmodel is vooral nuttig voor onderzoek met antilichamen ter behandeling van ziekten en andere immuuntherapieën – het testen van menselijke antilichamen in proefdieren is erg lastig, Ze verwachten ook nut voor het onderzoek naar uitzaaiing van kankercellen naar andere delen van het lichaam.

Griffith denkt dat eerst vooral systemen met twee tot vier orgaaninteracties zullen worden gebruikt. Voor haar onderzoek naar de ziekte van Parkinson werkt haar vakgroep bijvoorbeeld met een model dat hersen-, lever- en darmweefsel bevat. Griffith wil vaststellen of bacteriën in de darm wellicht invloed hebben op het ziekteproces van parkinson.

Een lab-op-een-chip is niet alleen aantrekkelijk voor medicijnonderzoek. Heel wat onderzoekers zien ze als de ideale snelle testen voor aan het bed van de patiënt en voor thuis.

Een van de Nederlandse pioniers van de lab-op-een-chip is microfysicus prof. dr. ir. Albert van den Berg van de Universiteit Twente in Enschede. Voor zijn onderzoek naar nano- en microchips waardoor vloeistoffen kunnen stromen, ontving hij in 2009 de prestigieuze Nederlandse Spinozapremie.

Het onderzoek van Van den Berg leidde onder meer tot de ontwikkeling van een zelftest voor mensen met een bipolaire stoornis die worden behandeld met lithium. Het is voor hen van belang dat de hoeveelheid lithium in het bloed niet te hoog, maar ook niet te laag is. Bij een te hoge concentratie ligt vergiftiging op de loer, terwijl bij een te lage concentratie de ziekteverschijnselen terugkeren. Eerder moesten patiënten naar het ziekenhuis voor een lithiummeting. Dankzij de lab-on-a-chiptest die Van den Berg ontwikkelde, en op de markt bracht onder de naam Medimate MiniLab, kunnen patiënten nu thuis met één druppel bloed uit de vingertop het lithiumgehalte bepalen. De lithiummeting is daarmee even snel en gemakkelijk geworden als een bepaling van het glucosegehalte in het bloed, een test waarmee diabetespatiënten vertrouwd zijn.

In 2011 ontvingen twee Nijmeegse scheikundigen van de Radboud Universiteit, Floris Rutjes en Niek Kunst, een prijs van de technologiestichting STW voor de ontwikkeling van een lab-on-a-chip waarmee een besmetting met een ziekteverwekkende bacterie of virus binnen een half uur kan worden vastgesteld. Ter plekke, in plaats van in het laboratorium.

Het kleine, draagbare apparaatje dat ze ontwikkelden, herkent onder meer de ziekenhuisbacterie MRSA en het besmettelijke norovirus dat ernstige diarree kan veroorzaken.

Bijlagen

Fotoserie, 2 foto's
PDF Print Stuur door

Elke dag onze nieuwsbrief?