Orgaan-op-chip ontpopt zich als veelbelovend medisch en farmaceutisch lab
In dit artikel:
Onderzoekers kweken steeds geavanceerdere mini-orgaantjes uit menselijke stamcellen en plaatsen die op microfluidische chips om ziekten en behandelingen realistischer te bestuderen. In Nederland werken bijna alle universiteiten met zulke orgaan-op-chip-modellen, vaak in samenwerking binnen het hDMT-consortium. Met overheidssteun van meer dan 10 miljoen euro zijn inmiddels mini-versies beschikbaar van hart, bloedvat, long, lever, nier, darm, en hersen- en zenuwweefsel. Onderzoekers koppelen onderdelen soms aan elkaar tot multiorgaanopstellingen om interacties — bijvoorbeeld medicijneffecten of metabolisme — te onderzoeken.
Wat is het verschil met traditionele kweek of dierproeven? De chips bootsen belangrijke aspecten van het menselijk lichaam na: cellen krijgen gescheiden vloeistofstromen aan beide zijden, ondervinden mechanische krachten (zoals peristaltiek in de darm) en kunnen in contact komen met bacteriën uit de darmflora. Daardoor ontstaan complexere structuren dan in losse organoïden in petrischalen; in plaats van bolvormige organoïden ontwikkelen zich bijvoorbeeld darmvlokken of zelfs kloppende hartspierweefsels. Omdat de organoïden vaak worden gemaakt van stamcellen van de patiënt zelf, dragen ze diens genetische aanleg en zijn ze geschikt om individuele responsen op medicijnen te testen. Dit maakt de methode aantrekkelijk als alternatief voor diermodellen, die vaak geen betrouwbare voorspelling geven voor mensen.
Praktijkvoorbeelden uit Nederland illustreren de vooruitgang. In Groningen ontwikkelt een team onder leiding van Sebo Withoff en Iris Jonkers een darm-op-chip om coeliakie te bestuderen — een complexe auto‑immuunziekte waarbij genetische factoren en omgevingsinvloeden leiden tot lekkende darmwand en ontsteking. Het chipmodel stelt onderzoekers in staat om peristaltische bewegingen te simuleren en bacteriën langs de darmcellen te leiden, iets wat in gewone organoïden lastig te realiseren is. Aan de Universiteit Twente bouwt Robert Passier aan hartmodellen: door cellen in mallen te laten groeien en door 3D-bioprinting toe te passen ontstaan kloppende mini-harten waarmee pompkracht en medicijneffecten kunnen worden gemeten. Zijn groep onderzoekt ook multi‑orgaanchips, zoals hart‑hersenkoppelingen, om het samenspel tussen hartziekten en hersenreacties te ontrafelen.
De technische basis berust op het gebruik van induced pluripotent stem cells (iPSC): volwassen lichaamscellen worden teruggezet naar een ongedifferentieerde staat — een doorbraak waarvoor Shinya Yamanaka en John Gurdon in 2012 de Nobelprijs ontvingen — en vervolgens in de gewenste richting gedifferentieerd. Het chipontwerp met kanaaltjes en membranen maakt gecontroleerde vloeistofstromen en mechanische stimulatie mogelijk, waardoor cellen zich anders ontwikkelen dan in traditionele kweek.
Toch blijven er belangrijke knelpunten voordat orgaan-op-chip breed toepasbaar wordt voor grootschalig onderzoek of klinische trials. Opschaling is een uitdaging: medicijnonderzoek vereist vaak het gelijktijdig testen van honderden stoffen, terwijl huidige opstellingen slechts tientallen parallelle tests aan kunnen en handmatige plaatsing en grote incubatoren nodig zijn, wat tijdrovend is en variatie introduceert. Een tweede probleem is maturatie: veel gekweekte cellen vertonen een foetaal of jong profiel en bereiken niet automatisch volwassen functionaliteit. Onderzoekers proberen rijping te stimuleren met mechanische rek, elektrische stimulatie, co‑kweek met andere celtypen of toevoeging van hormonen en groeifactoren, maar volledige volwassenheid blijft onzeker.
Regelgeving vormt een derde barrière. De Amerikaanse FDA onderzoekt en accepteert orgaan-op-chip-systemen al als alternatief voor sommige dierproeven, maar in Nederland ziet het College ter Beoordeling van Geneesmiddelen (CBG) deze modellen nog niet als volwaardige vervanging. De Nederlandse overheid ondersteunt desalniettemin transitieprogramma’s richting proefdiervrije innovatie (TPI) en andere samenwerkingsprojecten.
De belangstelling uit de farmaceutische industrie is groot vanwege de mogelijkheid om variatie tussen patiënten te modelleren — waarom sommige mensen medicijnen anders metaboliseren of ernstige bijwerkingen krijgen — en zo voorspellender en persoonlijker geneesmiddelonderzoek mogelijk te maken. Als de technische en regelgevende obstakels worden weggenomen, bieden orgaan-op-chip-systemen perspectief op minder dierproeven, nauwkeuriger ziekteonderzoek en sneller, veiliger medicijnonderzoek dat direct op menselijk weefsel kan worden getest.