De weefsels op de multiorgaanchip van links naar rechts: huid-, hart-, bot-, lever- en endotheelcellen (afb: Columbia)

Onderzoeksters hebben een lichaam-op-een-chip gemaakt met menselijke cellen van verschillende weefsels zoals hart, lever, bot en huid. Die ‘organen’ worden met elkaar verbonden door een vatenstelsel waarin ook afweercellen rondzwemmen. De ‘lichaams-chip’ past onder een microscoopglaasje en kan worden aangepast aan de patiënt.
Bij medisch onderzoek wordt nog vaak gewerkt met diermodellen (proefdieren, dus), maar de zeggingskracht daarvan is beperkt, want het organisme mens werkt vaak toch net anders. In de loop der jaren werden er organen-op-een-chip ontwikkeld met mensencellen die beter zouden voorspellen hoe de mens reageert op stoffen of behandelingen, maar daarmee misken je de wisselwerking tussen weefsels en de verschillende uitwerking van stoffen en behandelingen op verschillende weefsel. Nu dan maar meteen een heel lichaam (nou ja).
Dat is nog niet zo simpel, want die cellen moeten weken en maanden blijven functioneren om bruikbaar te zijn in onderzoek. Daarbij moeten ze bij voorkeur omringd zijn door cellen van weefsels waar ze in het echt ook door omringd worden. Het lijkt er op dat onderzoeksters rond Gordana Vunjak-Novakovic van de Amerikaanse Columbia-universiteit nu iets dergelijks voor elkaar hebben in wat zij noemen een multiorgaanchip.
“Dat is een hele prestatie”, geeft ze zichzelf een schouderklopje. “We zijn tien jaar bezig geweest met honderden experimenten en het onderzoeken van ontelbare mooie ideeën, het bouwen van prototypes. Nu hebben we uiteindelijk dit platform dat ook de biologie afdekt van de orgaaninteracties in het lichaam.”
De onderzoeksters kozen voor (rijpe) hart-, lever-, bot- en huidcellen verbonden door een ‘bloedstroom’ om die te laten communiceren zoals ze in het lichaam doen, maar ook juist die vier om hun verschillende embryonale afkomst, structuur en eigenschappen. Bovendien reageren die anders op kankerbehandelingen. De gebruikte cellen komen in principe van de patiënt.

Alle cellen waren afkomstige van dezelfde lijn menselijke pluripotente stamcellen afkomstig uit een bloedmonster om de bruikbaarheid van een patiëntgerichte opzet aan te tonen. Om te tonen dat de chip ook werkt in langduriger onderzoek hielden ze de cellen na hun rijping nog zo’n vier weken in leven nadat die ‘organen’ waren verbonden door de ‘bloedstroom’.

Kanker

Om te kijken of de chip ook iets kan betekenen voor complexer onderzoek onderzochten de wetenschapsters de effecten van kankermedicijnen op de ‘lichaamschip’. Daarvoor kozen ze het kankermedicijn doxorubicine. De resultaten bleken overeen te komen met die van klinische proeven met doxorubicine.
Daarnaast ontwikkelden ze een rekenmodel voor het simuleren van medicijnopname, stofwisseling en uitscheiding. Dat bleek voor doxorubicine goed te werken. Vunjak-Novakovic: “De multiorgaanchip voorspelde precies de cardiotoxiciteit (giftigheid voor het hart; as) en cardiomyopathie (spieraantasting; as) waardoor in de klinische praktijk de toegepaste doses moeten worden verlaagd of de behandeling (met doxorubicine; as) zelfs moet worden gestopt.”

De onderzoeksters gebruiken de chip al voor het bestuderen van, onder meer, uitzaaiingen, de uitwerking van bestraling, de effecten van het coronavirus en de coronaziekte op hart, longen en bloedbanen en de veiligheid en werking van medicijnen. Ze werken ook aan een gebruikersvriendelijke genormaliseerde chip voor zowel onderzoek als klinisch gebruikt.
Vunjak-Novakovic: “Het is verbazingwekkend dat we de fysiologie van een patiënt kunnen modelleren aan de hand van millimetergrote stukjes weefsel aan elkaar te verbinden: de kloppende hartspier, de stofwisselende lever, functioneel botweefsel en huid die gemaakt zijn van cellen van de patiënt.(…) Hiermee zijn we in staat de biologische eigenschappen te creëren van menselijke weefsels met hun onderlinge communicatie, per patiënt en van ontsteking tot kanker.”

Bron: Science Daily