Orgaan-op-chip maakt dierproeven overbodig (video)

Als biotechnici van Harvard University hun zin krijgen, kunnen dierproeven binnenkort worden vervangen door ‘orgaan-op-chip' technologieën. Net zoals SoC's (systemen op chips) bijna een complete computer op een enkele chip herbergen, moet een orgn-op-chip een replica zijn van de functies van een menselijke orgaan op een computerchip.

Op het Harvard's Wyss Institute is een levende long op een chip gemaakt, en - nog recenter - een darm op een chip. Het gaat dan niet om silicium chips die de functies van uiteenlopende organen simuleren , maar deze organen op chip bevatten echte, levende menselijke cellen. In de darm-op-chip laat men een enkele laag menselijke darmcellen groeien op een flexibel poreus membraan, dat is bevestigd aan de doorzichtige plastic wanden van de chip. Met behulp van een vacuümpomp kan het membraan rekken en krimpen, analoog aan de peristaltiek van de menselijke darm. Het komt zo dicht bij een echte darm dat ook de groei van levende microben op het oppervlak mogelijk is, zoals in echte menselijke ingewanden.

 

Long-op-chip

Het Wyss Institute bouwde ook een long-op-chip, met menselijke longcellen bovenop, een membraan middenin en capillaire bloedcellen daaronder. Er stroomt lucht langs de bovenkant en onderlangs stroomt echt menselijk bloed. Ook hier zorgt een vacuümpomp voor het uitzetten en samentrekken van de long-op-chip.

Deze chips zijn nauw verwant aan LoC's (labs-on-a-chp), waarop microfluïdica (het exact beheersen van minuscule hoeveelheden vloeistof) wordt gecombineerd met siliciumtechnologie, om de analye te versnellen van biologische systemen zoals DNA. Het analyseren van complete genomen kan daarmee gebeuren binnen enkele uren, in plaats van de weken of zelfs maanden die het vroeger kostte.

 

Medicijnen testen

De organen op chip kunnen op dezelfde manier worden getest als de menselijke organen - en doordat ze volledig transparant zijn, bieden ze nog meer observatiemogelijkheden. Om bijvoorbeeld een medicijn te testen brengen de onderzoekers eenvudigweg een oplossing van het middel aan op de chip. Dan kijken ze hoe de darm- (of hart-, of long-)cellen reageren. Met de long-chip onderzoekt het Wyss-team bijvoorbeeld de reacties van de longen op mogelijke toxische en milieuvervuilende stoffen. Ze kunnen ook zien hoe snel geneesmiddelen (of voedingsstoffen)worden geabsorbeerd, of hoe de organen reageren op probiotica.

 

Mogelijk nog belangrijker is dat de chips een bijdrage kunnen leveren aan een beter begrip en een betere behandeling  van ziekten. Veel menselijke ziekten komen niet voor bij dieren. Zo is het heel moeilijk om een geneesmiddel tegen de ziekte van Crohn te vinden, omdat dat vooraf niet effectief op dieren kan worden getest. Zo'n probleem is eenvoudig op te lossen met een orgaan-op-chip. Het komt ook vaak voor dat een medicijn dierproeven doorstaat, maar faalt bij mensen. Het laten vervallen van dierproeven bespaart niet alleen tijd en geld, maar maakt ook meteen een einde aan alle ethische bezwaren.

 

Echte organen vervangen

Gefinancierd door Darpa werkt het Wyss Institue nu aan een milt-op-chip. Deze zal niet worden gebruikt voor farmaceutische topassingen, maar het  Amerikaanse leger  wil hem inzetten als ‘draagbare milt'die kan worden toegepast bij soldaten om sepsis (bloedvergiftiging) te bestrijden.

Als je een chip kan creëren die de milt of lever of ingewanden perfect kan imiteren, dan zou hij ook in het menselijk lichaam de originele organen kunnen vervangen of ondersteunen. Net als een neus- of borstcorrectie zou je dan bijvoorbeeld een levercorrectie kunnen laten uitvoeren, om beter bestand te zijn tegen je alcoholisme. En wellicht kunnen we ooit al die orgaanchips met elkaar verbinden en zo een complete mens-op-chip construeren...