Mens op een chip

Vooraf alle verplichte testen gedaan en bij marktintroductie alsnog op vervelende bijwerking stuiten; het kost de farmaceutische industrie miljoenen. Zij wachten met smart op de nieuwste technologie: organen-op-een-chip. Voorloper Don Ingber: ‘Een alternatief voor diermodellen, waarvan iedereen weet dat ze niet zo goed werken.’

Wie zich bij een long-op-een-chip een long op miniformaat voorstelt, zal teleurgesteld zijn. De longchip van Dongeun Huh en Donald Ingber oogt in de verste verte niet als een long. Het is een doorzichtig plaatje ter grootte van een USB-stick, met flinterdunne kanaaltjes. Toch bevat het de essentiële onderdelen van longblaasjes: een laagje longcellen in een luchtkanaal met aangrenzend een laag bloedvatcellen en een bloedstroom. Het kunstmatige longblaasje 'ademt' ook: het dunne vlies waarop de longcellen groeien, spant en ontspant ritmisch, waardoor ze de beweging krijgen die ze nodig hebben.

Het is een piepjong vakgebied, organen-op-een-chip. Maar het groeit snel, financiers staan in de rij. De technologie kan namelijk een alternatief vormen voor dierproeven - niet alleen voor het testen van medicijnen, maar ook voor andere toxische stoffen, zoals fijnstof of nanodeeltjes. ‘Het grote voordeel is dat je menselijke cellen gebruikt. Mensen reageren nou eenmaal vaak anders op stoffen dan muizen’, vertelt hoogleraar Jaap den Toonder van de Technische Universiteit Eindhoven. Samen met collega’s van het Erasmus Medisch Centrum werkt hij aan kanker-op-een-chip: een model om het uitzaaien van borstkanker te onderzoeken.

Het plan is een chip te ontwikkelen met daarin verschillende weefseltypen, zoals long- en levercellen. ‘Vervolgens voegen we kankercellen toe aan de kunstmatige bloedstroom in de chip. Onder de microscoop kijken we of en wanneer ze de orgaanweefsels binnendringen. Een live-uitzaaiing in beeld brengen, zo zou je het kunnen noemen.’


Een long op een chip

Je hebt ze in allerlei smaken, chiporganen. De hart-op-een-chip, darm-op-een-chip, hersenen-op-een-chip, bloedvat-op-een-chip. In kleine compartimenten groeien cellen, microkanaaltjes zorgen voor de aan- en afvoer van voedingsstoffen en bloed. In het chiporgaan worden ook de omstandigheden in het echte orgaan nagebootst: temperatuur, druk en zuurgraad. Den Toonder: ‘Dat is essentieel; het bepaalt hoe cellen groeien, hoe ze zich gedragen. Hoe invasief tumorcellen zijn hangt bijvoorbeeld af van de omgevingsdruk. Dat kan je in een petrischaaltje met cellen onmogelijk simuleren, maar in een orgaan-op-een-chip wel. Cruciaal is ook dat het de wisselwerking tussen celtypes nabootst, bijvoorbeeld die tussen hersencellen en de bloedbaan.’

Proefdieren overbodig maken?
De microlong van Ingber en Huh is het verst ontwikkeld. De onderzoekers van het Amerikaanse Wyssinstituut presenteerden twee jaar geleden al hun longmodel. Terwijl de rest van het veld vooral nog driftig bouwt aan de verschillende modelorganen, doen Ingber en Huh de eerste experimenten met een kankermedicijn. Het medicijn IL-2 heeft een beruchte bijwerking, longoedeem. De onderzoekers voegden het medicijn toe aan de kunstmatige bloedstroom door hun longchip. Het longweefsel reageerde meteen: het begon vocht te lekken en liet eiwitten uit het bloed door, net zoals bij patiënten gebeurt. Daarmee is de longchip geslaagd voor de eerste test als alternatief voor dierproeven.

Ingber verwacht daar veel van. ‘We geven miljoenen uit aan proeven met diermodellen, terwijl er ethische bezwaren zijn en terwijl we weten dat die het niet goed doen. Maar er is nu geen alternatief. Ons doel is om te zorgen dat organ-on-a-chip uiteindelijk wordt geaccepteerd als alternatief voor die proeven’, vertelt hij gedreven in een video-interview over de technologie. ‘Het enige wat we daarvoor hoeven te doen, is zorgen dat onze resultaten beter zijn dan die van de dierproeven.’

Ook Den Toonder verwacht dat de chips veel dierproeven kunnen vervangen: ‘De materialen die we gebruiken zijn vrij simpel. Dus als je het ontwerp eenmaal hebt, is de productie van de chips niet zo ingewikkeld. De technologie leent zich in theorie goed om snel veel tests te kunnen doen. Bijvoorbeeld een groot aantal nieuwe stoffen testen om te zien of ze überhaupt wat doen in het lichaam. Of een nieuw medicijn op meerdere weefsel van verschillende genetische achtergrond te testen.’ Maar Den Toonder verwacht niet dat de technologie dierproeven overbodig maakt: ‘Een lichaam is zo complex, een orgaan is meer dan een enkel laagje cellen. Die complexiteit vang je nooit helemaal in chiporganen. Het blijft een model, net als een dierproef. Ik verwacht dat we ze beide gaan gebruiken.’

Als de technologie de testtijd van medicijnen zou terugdringen, is ze spekkoper. ‘Ga maar na,’ aldus Den Toonder. ‘Je bent nu gemiddeld tien jaar verder en een miljard dollar armer voor je een medicijn op de markt hebt gebracht. Als dat sneller en goedkoper kan, is dat welkom.’ Andere serieuze alternatieven voor de omstreden dierproeven ziet hij niet.

Aaneengeschakeld
Nog voor de orgaanchips er goed en wel zijn, wordt over de volgende stap nagedacht. Het schakelen van orgaanchips ligt volgens Den Toonder voor de hand: ‘Er worden geregeld nieuwe medicijnen van de markt gehaald omdat ze hartfalen veroorzaken. Dat komt bijvoorbeeld doordat de lever stoffen aanmaakt die hartfalen veroorzaken. De wisselwerking tussen organen is dus belangrijk, die zou je willen simuleren.’ Ingber en Huh zijn dat pad al ingeslagen. Het Wyssinstituut ontving 37 miljoen dollar van de Amerikaanse overheid voor het ontwikkelen van een complete ‘body-on-a-chip’.

Eos Weekblad op iPad
Dit artikel verscheen eerder in Eos Weekblad op iPad. Elke vrijdag bieden we u een nieuwsgedreven weekblad, gelardeerd met beeld en geluid. De Eos-app kunt u gratis downloaden in de App-store van iTunes. Met die app haalt u de wekelijkse uitgaven gratis binnen.