Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!
Het nagebootste longweefsel stelt onderzoekers onder meer in staat de effecten van COVID-19 op celgroei en -ontwikkeling te bestuderen.
Of het nu longen, nieren of hersenen zijn, bijna elk menselijk orgaan is tegenwoordig op een chip verkrijgbaar. Die orgaanchips bewijzen al dagelijks hun nut bij het produceren van medicijnen.
Toch misten wetenschappers van het Brigham and Women’s Hospital nog iets: de fijne longblaasjes – de hoofdrolspelers van de longen genoemd – waren nog niet goed vertegenwoordigd op een chip. Daarom ontwikkelden ze deze zogenoemde alveoli op een chip. Hiermee kunnen onderzoekers nieuwe behandelingen tegen COVID-19 en andere longaandoeningen testen, zo schrijven ze in Proceedings of the National Academy of Sciences.
Lees ook:
Longziekten
In de longblaasjes vindt de gaswisseling plaats: koolstofdioxide wordt afgegeven aan de lucht en zuurstof wordt opgenomen uit het bloed. Ieder mens heeft miljoenen alveoli, maar door roken, een vervuilde lucht en longziekten als COVID-19 gaan ze kapot – en dat leidt tot ademhalingsproblemen. Bovendien is de aangerichte schade onherstelbaar.
Om die ademhalingsaandoeningen beter te begrijpen en nieuwe behandelingen te ontwikkelen, moeten eerst tests in het lab worden uitgevoerd, daarna op proefdieren en tot slot op proefpersonen. Dat traject is niet alleen tijdrovend, maar ook nog eens erg duur. Met betere laboratoriummodellen kunnen wetenschappers therapieën veel sneller toetsen.
Daar komen de organen-op-een-chip om de hoek kijken die, zoals de naam al doet vermoeden, piepkleine modelorgaantjes behelzen op een siliciumchip. In feite bestaat zo’n orgaantje uit niet meer dan enkele vloeistofkanaaltjes en een minuscule hoeveelheid menselijk weefsel.
Longblaasjes-op-een-chip
De longblaasjes-op-een-chip van het Brigham-team zijn niet nieuw, maar hoe het de chip heeft gemaakt, is wel innovatief. Daar is Andries van der Meer van de Universiteit Twente het mee eens. “Het belangrijkste punt van dit werk ligt voor mij niet zozeer in de toepassingen (sigarettenrook, SARS-CoV-2 pseudovirus), maar vooral in de technologie.” Van der Meer doet zelf onderzoek naar organen op een chip.
“Centraal in het veld van organen-op-chips staat het creëren van een kunstmatige omgeving waarin weefseltjes zich thuis voelen, een omgeving die in alles lijkt op wat ze gewend zijn uit ons lichaam.” Voorheen maakten onderzoekers vooral gebruik van plastics, rubber of glas. Maar wetenschappers stappen steeds vaker over op zachte en biologische materialen, zoals collageen en gelatine. Van der Meer: “Zo ook in deze studie. De uitdaging daarbij is dat zulke biologische materialen veel minder makkelijk te verwerken zijn dan bijvoorbeeld plastics.”
Toch is dat de onderzoekers gelukt. Ze maakten voor de longblaasjes-op-een-chip gebruik van GelMA. “Dat is een soort chemisch gemodificeerde gelatine dat met behulp van alginaat-balletjes is te kneden tot een omgeving die sterk doet denken aan de longblaasjes qua vorm en stijfheid”, zegt Van der Meer. “De wetenschappers laten vervolgens zien dat longwandweefsel zich in zo’n zachte, gebolde omgeving heel anders gedraagt dan bijvoorbeeld op platte oppervlakken van hard rubber, zoals in de eerdere long-op-chip-systemen.”
De toekomst
De nieuwe chip bootst de longblaasjes dus veel beter na dan oudere modelorgaantjes. Het model bevindt zich echter nog in de beginfase, zegt het team. Op dit moment bevat de long-op-een-chip slechts twee longceltypes, terwijl er circa veertig bestaan. In de toekomst hopen de onderzoekers meer celtypes in het model op te kunnen nemen.
Van der Meer: “Ik ben vooral erg nieuwsgierig naar wat we in de komende jaren nog meer gaan zien als het gaat om het gecontroleerd verwerken van zachte materialen in organen-op-chips. We kunnen veel ontwikkelingen op dat vlak verwachten; er zijn steeds meer onderzoekers met expertise in biofabricage (inclusief bijvoorbeeld 3D-bioprinting) die hun vaardigheden gebruiken om organen-op-chips te bouwen.”
Bronnen: PNAS, Brigham and Women’s Hospital via EurekAlert!, KIJK 2/2018
Beeld: Wyss Institute