Een darm of lever op een chip? Leids onderzoek naar piepkleine organen
Organische samenwerking brengt kennis en expertise bij elkaar in nieuw onderzoeksproject naar organs-on-chips.
Het klinkt als iets uit sciencefictionfilms: het kweken van piepkleine menselijke organen op minuscule chips in een lab. Toch wordt er op en rondom het Leiden Bio Science Park al volop onderzoek gedaan naar miniatuurorganen die op zogenoemde microfluïdische chips – ver buiten het menselijk lichaam – de werking van organen, zoals een lever, nier of darm, nabootsen. Een van de onderzoekers die zich met deze baanbrekende technologie bezighoudt, is de Leidse lector Metabolomics, Peter Lindenburg, die op het Leiden Centre for Applied Bioscience van onze hogeschool vol enthousiasme vertelt over de kansen en mogelijkheden die organen-op-een-chip ons in de toekomst kunnen gaan bieden: van het sneller ontwikkelen van medicijnen, minder dierproeven tot medicatie op maat.
“Organen-op-een-chip stellen ons in staat om bijvoorbeeld een lever of een darm buiten ons lijf in miniatuurvorm na te bootsen”, legt de lector uit. “Dit door gekweekte stukjes weefsel op chips het idee te geven dat ze – in plaats van in de synthetische omgeving van zo’n chip – écht in een lichaam zitten, omdat we de werking van het menselijk lichaam waarin organen functioneren levensecht imiteren. Op zo’n chip kunnen we nu nog één orgaan reproduceren – al is men bijvoorbeeld bij consortiumpartner TNO al bezig met twee organen-op-een-chip, waardoor je in de toekomst een soort miniatuurversie van ons lijf buiten het menselijk lichaam kunt creëren, met onder meer kunstmatige bloedvaten die de miniorganen op chips van zuurstof en voedingsstoffen voorzien.” En dit kan de medicijnontwikkeling enorm versnellen. Want, zo onze lector Metabolomics: “Organen-op-een-chip imiteren nauwgezet hoe menselijke organen in ons lichaam zich gedragen. Dit helpt ons om biologische mechanismen te begrijpen op een manier die voorheen nooit mogelijk was. Bijvoorbeeld hoe een orgaan in ons lijf op een stof of medicijn reageert, waardoor je dus bijwerkingen preciezer kunt inschatten, dierproeven vermijdt en exacter vaststelt wat wel en niet werkt bij (verschillende) mensen. Met uiteindelijk medicijnen, die sneller en goedkoper de markt op kunnen.”
Van gepersonaliseerde medicatie tot alternatief voor proefdieren
En wie denkt af en toe niet terug aan de coronapandemie én hoe belangrijk het is dat een goedwerkend en veilig vaccin snel in de schappen van alle apothekers ligt. In de praktijk is geneesmiddelenonderzoek echter een uiterst traag en duur proces. Zo eindigt slecht één op de negen kandidaat-medicijnen uit de klinische studiefase als nieuw medicijn op de markt. De andere acht bleken toch niet zo effectief en veilig te zijn als eerder gedacht, omdat onze menselijke fysiologie te gebrekkig werd nagebootst via het testen op dieren of tweedimensionaal celkweken; de nu nog traditionele labmethoden. In een proefdier verlopen processen – zoals absorptie, distributie, excretie (uitscheiding) en metabolisme (omzetting) – vaak toch net een stukje anders dan in de mens. En ook per mens verschilt dit, door allerlei genetische en omgevingsfactoren. Arts en apotheker worstelen daarom vaak met het probleem dat niet iedereen baat heeft bij eenzelfde geneesmiddel en/of dosering. Met dit in het achterhoofd, kunnen we organen-op-een-chip straks gaan inzetten als antwoord op zowel de vraag naar meer medicatie op maat, door patiëntmateriaal op chips te kweken, als op de vraag vanuit de maatschappij naar minder proefdieren.
Meten is weten …
De organen in miniatuurformaat hebben dus de potentie in zich om voor maximale impact te zorgen als het aankomt op geneesmiddelenonderzoek. Al moeten onderzoekers nog barrières slechten. Want reageren de piepkleine organen-op-een-chip buiten ons lichaam ook daadwerkelijk hetzelfde als een écht orgaan in ons lijf na het toedienen van een stof of geneesmiddel, ook wat betreft alle absorptie-, distributie-, excretie- en metabolisme-processen? Kortom, hoe levensecht representeren miniorganen onze menselijke fysiologie? Verloopt de absorptie van een medicijn in een miniatuurdarm bijvoorbeeld precies hetzelfde als in de menselijke versie, of gaat die in de chipversie door de darmwand heen? Dat is nu nog uiterst lastig meten, aangezien de monsters minuscuul klein zijn. Omdat de onderzoeksgroep Metabolomics veel expertise in huis heeft rondom massaspectrometrie, een analysetechniek waarmee je het omzetten van stoffen in organen kunt meten, klopte het bedrijf MIMETAS aan bij de hogeschool. In twee eerdere onderzoekspilots, via een KIEM-subsidie van Regieorgaan SIA, deden de Metabolomics-onderzoekers samen met dit bedrijf dat organen-op-een-chip ontwikkelt op het Leiden Bio Science Park onderzoek naar zulke processen in twee miniorganen: een lever-op-een-chip én een darm-op-een-chip.
Organisch samenwerken
Die pilots krijgen nu een vervolg met een SIA-RAAK-PRO-subsidie. Want inmiddels is er een organisch gegroeid consortium opgebouwd, waarin kennis en expertise op het terrein van analytische chemie, organen-op-een-chip, geneesmiddelenonderzoek en celkweek volop gebundeld worden. Het doel van dit nieuwe project Ontwikkeling van Analytisch-Chemische methoden voor geneesmiddelonderzoek met Organs-on-Chips is om meetmethodes te onderzoeken, waarmee we de processen die geneesmiddelen in organen-op-een-chip in gang zetten kunnen bestuderen. Lector Peter Lindenburg hierover: “Op het hbo houden we ons bezig met praktijkgericht onderzoek, en dit consortium richt zich bij uitstek op het vertalen van onderzoek naar de praktijk, omdat twee praktijkpartners als ontwikkelaars van organen-op-een-chip direct participeren: MIMETAS en TNO. Bovendien versterkt het de wisselwerking tussen onderzoek en onderwijs, want door het ontwikkelen van een minor OoC-Technology spelen we in op de behoefte aan meer professionals met kennis en ervaring op het gebied van organen-op-een-chip.”
Op 28 februari 2024 vond met partners de kick-off plaats. Het project wordt gefinancierd door Nationaal Regieorgaan Praktijkgericht Onderzoek SIA. Naast het lectoraat Metabolomics van ons kenniscentrum Leiden Centre for Applied Bioscience, MIMETAS en TNO (de Nederlandse Organisatie voor toegepast-natuurwetenschappelijk onderzoek) werken we binnen het consortium ook samen met:
- Hogeschool Utrecht
- Universiteit Leiden
- Leids Universitair Medisch Centrum (LUMC)
- Stichting Proefdiervrij
- Interscience BV
- hDMT Organ-on-Chip Consortium
- Crown Bioscience
- Centre for Human Drug Research
- Bruker