Wat zijn orgaan-op-chip modellen en waar worden ze voor gebruikt

Orgaan-op-chip modellen zijn miniatuur in vitro weefselmodellen op bijvoorbeeld een glazen of metalen oppervlak die menselijk weefsel en organen in vivo nauw nabootsen. Orgaan-on-chip modellen zijn zeer geschikt voor high-throughput testen van geneesmiddelen. Momenteel wordt de ontwikkeling van geneesmiddelen en screening op toxiciteit uitgevoerd in diermodellen. Deze humane orgaan-op-chip modellen, die representatief zijn voor weefsels of hele orgaansystemen, zijn zeer geschikt om in vivo dierproeven te vervangen en daarmee te verminderen. De celbron die vaak wordt gebruikt om orgaan-op-chip te maken, zijn iPSC-afgeleide cellen. Deze kunnen afkomstig zijn van gezonde menselijke donoren, maar ook van patiënten om ziekten nauwkeurig te bestuderen. Orgaan-op-chip modellen zijn niet beperkt tot slechts één celbron of weefsel. Verschillende celtypen kunnen worden gecombineerd om een miniatuurorgaansysteem te creëren dat bijvoorbeeld bloedvaten bevat om het effect van nutriëntentransport door het betreffende orgaan te bestuderen. Innovaties in microfluidics technologie is nodig om dit mogelijk te maken.

State-of-the-art orgaan-op-chip

Momenteel zijn of worden er verschillende menselijke orgaan- en ziektemodellen (-op-chip) ontwikkeld. Ze variëren van long-op-chip tot lever-op-chip tot bloedvaten-op-chip om zowel gezondheid als ziekte na te bootsen. Met een bijzonder cardiovasculair model dat in het LUMC is ontwikkeld, kunnen we de belangrijkste fysieke kenmerken van een hartcel meten: contractiliteit, elektrisch actiepotentiaal en calciumflux. Het is essentieel dat we dit kunnen testen op menselijke cel modellen, aangezien het hart van een muis 500 keer per minuut klopt, terwijl de menselijke hartslag gemiddeld 60 slagen per minuut is. Onlangs werden hartcellen en endotheelcellen samen gedifferentieerd en op een chip geplaatst om de dialoog tussen deze twee celtypen te bestuderen en te leren begrijpen hoe het ene celtype de functie van het andere beïnvloedt.

Dit willen we in de toekomst bereiken

Orgaan-op-chip modellen zijn breder toepasbaar dan puur voor de studie van specifieke ziekten. Toekomstige modellen kunnen worden gebruikt om zeer complexe vragen te bestuderen, zoals onderzoek naar het effect van leefstijl (huid en haar-op-chip), interactie van voeding op infectie (microbioom), auto-immuunziekten en neurodegeneratieve ziekten (ontwikkelingsstoornissen). Hoewel het misschien als science-fiction klinkt, wordt ook een volledige mens-op-chip model ontwikkeld. Dit bevat verschillende orgaansystemen die aan elkaar zijn gekoppeld, waardoor de interactie tussen organen kan worden bestudeerd en hoe aandoeningen in het ene orgaan andere organen beïnvloeden.