‘Een organ-on-a-chip is eigenlijk een miniatuurversie van een orgaan dat op een kleine chip zit', legt Mooiweer uit. ‘Op de chip kweken we menselijke cellen en weefsels die leven, groeien en reageren op hun omgeving. Zo krijg je bijvoorbeeld een stukje mini-darm of mini-lever.’ De miniorgaantjes zitten in kleine buisjes in de chip. ‘Die kanaaltjes kunnen we ook gebruiken om vloeistoffen door de orgaantjes te laten stromen, die bijvoorbeeld bloed, bacteriën of menselijke voeding representeren. ‘Op deze manier kun je de werking van de orgaantjes op de chip nauwkeurig nabootsen', vertelt Mooiweer.
In de darm op een chip kunnen onderzoekers verschillende ziektes onderzoeken en medicatie testen, zonder dat patiënten daar last van hebben. De minidarmen-on-a chip zijn eigenlijk mini-patiënten. Zo leren onderzoekers meer over hoe ziekten ontstaan, welke cellen een rol spelen en hoe deze ziekten mogelijk kunnen voorkomen of behandelen.
De darm op een chip kan veel wat een echte darm ook kan. ‘In de darmwand in ons lichaam zitten darmvlokken, dat zijn kleine uitstulpinkjes die ervoor zorgen dat we voeding goed kunnen verteren’, vertelt Mooiweer. ‘Die darmwand kun je op de chip helemaal nabouwen, inclusief darmvlokken en immuuncellen. Als we dan stofjes toevoegen aan de chip, kunnen we precies zien hoe de darmwand daarop reageert.’
Mooiweer en Simpson doen beiden onderzoek naar coeliakie, een erfelijke auto-immuunziekte waarbij patiënten ontstekingsreacties krijgen in de dunne darm als zij gluten eten. ‘Wat nou als we de darm van een patiënt met coeliakie kunnen nabootsen? Kunnen we dan ontdekken wat er gebeurt in de darm, waardoor deze patiënten zo overgevoelig zijn voor gluten?’ dachten ze.
In patiënten met coeliakie valt het immuunsysteem de darmwand aan als ze gluten eten. Mooiweer onderzoekt waarom het immuunsysteem dat doet. ‘We weten welke immuuncel de darmwand aanvalt, maar niet waarom hij dat doet. Daarom voeg ik aan de darm op een chip die immuuncel toe en kijk ik hoe die reageert op de darmwand als ik de chip gluten laat ‘eten’. Als we dit proces beter begrijpen, kunnen we hier mogelijk in de toekomst medicijnen voor ontwikkelen.’
In onze darmen zitten allerlei soorten bacteriën die ervoor zorgen dat je gezond blijft, dit heet het microbioom. Bij mensen met coeliakie is die samenstelling van bacteriën in de darmen anders waardoor ze ziek worden. Simpson onderzoekt de verschillen tussen de darmbacteriën van gezonde mensen en coeliakiepatiënten. ‘Als we weten wat de verschillen zijn die ervoor zorgen dat iemand ziek wordt, kunnen we dat in de toekomst misschien oplossen door probiotica, gezonde bacteriën, aan die patiënten te geven. Of we kunnen het gebruiken om een diagnose te stellen, zodat we aan de samenstelling van darmbacteriën kunnen herkennen of iemand coeliakie heeft.’
In de wetenschap worden proefdieren ook regelmatig gebruikt voor onderzoek. Daarvoor zijn strenge regels. 'Miniatuurorganen kunnen helpen om dierproeven te verminderen,’ vertelt Simpson, ‘maar dat verschilt per onderzoek.’ Voor sommige onderzoeken blijkt de organ-on-a-chip beter te werken. ‘Coeliakie wordt bijvoorbeeld ook in muizen onderzocht, maar muizen eten al eeuwenlang granen die gluten bevatten, dus die darmen van muizen zijn daar al lang aan gewend. Mensen eten vergeleken met muizen nog maar kort gluten. Als je dan in muizen coeliakie onderzoekt, is dat niet helemaal representatief.’
De mini-orgaantjes werken bijna net zoals organen in de mens. Hoe kan dat? ‘We doen de chip in een pomp die zorgt voor dezelfde druk die er ook in het menselijk lichaam is, zoals de bewegingen in je darmen', legt Mooiweer uit. ‘En de minidarmpjes zetten we in een warmtekast op 37 graden Celsius, dezelfde de temperatuur als in je lichaam. Zo snappen de cellen hoe ze zich moeten gedragen.’
In de rubriek #hoedan geven we antwoorden op vragen die je altijd al had, of waarvan je niet eens wist dat je ze had. Elke acht weken trakteren we je op een nieuw inzicht.
