Het klinkt futuristisch, maar het kan toch: miniatuurorganen van cellen van patiënten maken en hierin bestuderen hoe ziektes zich ontwikkelen en behandeld kunnen worden.

Dat willen onderzoekers van het LUMC, de Universiteit Twente (UT), TU Delft, het Hubrecht Instituut en Cisca Wijmenga van het UMCG de komende 10 jaar bereiken met een Zwaartekrachtsubsidie van bijna 19 miljoen euro die ze vandaag kregen van wetenschapsfinancier NWO.

Het kweken van levende menselijke cellen en weefsels buiten het lichaam gebeurt in ‘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. “Je maakt eigenlijk een klein deel van een orgaan”, zegt ontwikkelingsbiologe en projectleidster Christine Mummery van het LUMC en de UT.

Onderzoek naar cellen van hart, hersenen en darmen
Mummery is de leider van het project, waar 5 andere gerenommeerde Nederlandse wetenschappers – Michel Ferrari (neuroloog, LUMC), Albert van den Berg (nanotechnoloog, UT), Hans Clevers (celbioloog, Hubrecht Instituut), Lina Sarro (nanotechnoloog, TU Delft) en Cisca Wijmenga (humaan geneticus, UMCG) – aan meewerken. De genoemde onderzoekers werken al langere tijd samen op het gebied van organen-op-chip in het samenwerkingsverband Human Organ and Disease Model Technologies (hDMT) https://www.hdmt.technology/ .

Zij focussen zich voor dit onderzoek op hart-, hersen-, darm- en bloedvatcellen, die ze kweken 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. Zo laten ze de hartmodellen net zo kloppen als een echt hart en hebben de darmmodellen hun eigen bacteriën. Delen van de hersenen worden nagebouwd in samenwerking met het Erasmus MC. Op deze manier kan er precies nagebootst worden wat er in die organen misgaat bij bepaalde aandoeningen.

Onderzoek naar effect darmbacteriën vindt in UMCG plaats
De onderzoekers bestuderen ook het effect van darmbacteriën – ‘het microbioom’ - op het lichaam. Dit deel van het onderzoek is de researchfocus van Cisca Wijmenga en haar collega’s in het UMCG. Als de balans van deze bacteriën ontregeld is geraakt, kan dit bijdragen tot hart- en vaatziekten. Om dit te onderzoeken, maken de onderzoekers niet alleen drie verschillende chiporganen, maar gaan ze deze ook aan elkaar koppelen om de onderlinge beïnvloeding te bestuderen. “Zo kun je bijvoorbeeld de onderlinge effecten van gezonde en zieke organen bestuderen en onderzoeken wat er gebeurt met de hersenen of het hart als darmbacteriën ontregeld raken”, aldus Cisca Wijmenga. “Het nieuwe project zal enorm profiteren van de kennis en de biomaterialen die zijn verzameld in de context van het microbioom-onderzoek wat al wordt uitgevoerd in een deel van het LifeLines populatiecohort”.

Miniatuurorganen als alternatief voor dierproeven
De gekweekte miniatuurorganen vormen daarnaast 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’.”

Helpen de miniatuurversies van de hersenen, het hart en de darmen ook mee om snel ziektes een halt toe te roepen? “Dat is toekomstmuziek”, zeggen de onderzoekers. “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.”

Bron: UMCG