Nederland naar wereldtop met orgaan- en ziektemodellen op chips

Orgaan- en ziektemodellen op chips zijn microapparaatjes uitgerust met mechanische, elektrische en optische sensoren en actuatoren en voorzien van microkanaaltjes voor het laten groeien van orgaanweefsel onder microfysiologische omstandigheden. De chips bootsen de functies, dynamiek en opbouw van menselijke organen na.

Cytostretch

Het meest aansprekende voorbeeld van dit type onderzoek aan de TU Delft is Cytostretch, dat zich richt op hartcellen. In het Else Kooi Lab (voorheen Dimes Technology Centre) is daarin nu bereikt dat levende cellen op een flexibele chip kunnen worden geplaatst. Microgroefjes in het membraan zorgen ervoor dat de cellen zich oriënteren tot een stukje weefsel dat, voorzien van een voedingsmedium, kan groeien, leven en kloppen. Om een realistisch model te zijn voor echte hartcellen, moeten de chips waar de hartcellen op geplaatst zijn, dus ook flexibel zijn en mee kunnen bewegen. Dit gebeurt door het gebruik van een vliesje van membranen en een pompje op luchtdruk. "Dit was geen makkelijke opgave", zegt prof.dr. Ronald Dekker (Philips en TU Delft). "Naast de technische uitdaging van het flexibel maken van de chips, moeten ze ook geschikt zijn voor massafabricage", zegt Dekker, die bij Philips veel industriële ervaring heeft met de fabricage van commerciële medische micro-elektronica.

Medicijnen

Met de Cytostretch-techniek zijn levende hartcellen te analyseren en kan het effect van mechanische stress op de elektrische activiteit worden bepaald. Dit zal meer inzicht geven in de precieze werking van de hartcellen. In principe wordt het hiermee ook mogelijk om structureel de uitwerking van (nieuwe) medicijnen op de cellen te testen. Daarmee zouden er, vóórdat er klinische testen plaatsvinden, al bepaalde medicijnen met bijwerkingen uitgehaald kunnen worden. Voor de farmaceutische industrie kan dit zeer kosten- en tijdbesparend zijn. Een ander groot potentieel voordeel is dat de noodzaak voor dierproeven voor een deel kan vervallen. Voorwaarde voor de ontwikkeling van de organ-on-a-chip-technologie, was de grote vooruitgang op het gebied van stamcellen. Sinds een aantal jaar is het immers mogelijk uit huidcellen cellen van andere organen te laten groeien.

Andere organen

De proeven met hartcellen zijn veelbelovend en naar verwachting zijn dit soort proeven ook uit te breiden naar andere organen. Projectleider prof.dr. Lina Sarro: "Er is geen reden om aan te nemen dat de aangetoonde principes niet veel breder zijn toe te passen, naar bijvoorbeeld de lever of nieren. Dit kan zich als een olievlek gaan uitbreiden."

"In het Cytostretch-onderzoek hebben we een belangrijke eerste stap gemaakt. Al zijn de ontwikkelde devices specifiek afgestemd op hartcellen, het is aannemelijk dat het concept aangepast kan worden en afgestemd op de functionaliteit en structuur van een ander orgaan." 

Ook het nabootsen van kanker op een chip behoort tot de plannen. Prof.dr. Marileen Dogterom van de afdeling Bionanoscience: "We kunnen cellulaire processen die belangrijk zijn voor celdeling nu al nabootsen en manipuleren op een chip. Dit levert ons inzichten op die mogelijk straks gebruikt kunnen worden om celdeling en -beweging in nagebouwde tumoren te beïnvloeden." 

hDMT

De inspanningen van de TU Delft op dit gebied staan zeker niet op zichzelf. Het recent geïntroduceerde  brede onderzoeksinitiatief hDMT (human organ and Disease Model Technologies) richt zich exclusief op dit terrein. hDMT is opgericht door negen partners met elk een eigen expertise: TU Delft, Universiteit Twente, TU Eindhoven, Hubrecht Instituut, Universiteit Leiden, Leids Universitair Medisch Centrum, Erasmus Medisch Centrum, Galapagos en Genmab. De stichting concentreert zich in eerste instantie op drie onderzoekslijnen: hart- , kanker- en bloedvaten op chips. 

Kijk voor meer informatie op http://www.hdmt.technology/.