Geen sciencefiction, maar realiteit: acht vragen over orgaan-op-een-chip

Door: Lennart 't Hart

1. Wat is orgaan-op-een-chip?

Een orgaan-op-een-chip is geen volledig orgaan zoals in het lichaam. Het zijn kleine structuren die in het laboratorium gemaakt worden met menselijke cellen, vaak afkomstig van stamcellen. Sommige stamcellen kunnen zich langdurig delen en uitgroeien tot bijna elk celtype: hartspiercellen, darmcellen, hersencellen, bloedvatcellen en meer.

Vroeger waren er embryo’s nodig om deze ‘alleskunners’ te kweken. Dat is nu anders. Uit bloed, urine of een klein stukje huid kunnen stamcellen gemaakt worden die nagenoeg hetzelfde DNA hebben als de patiënt. Daarmee kunnen onderzoekers chips maken die passen bij één specifiek persoon.

2. Hoe worden organen-op-chips gemaakt?

Wetenschappers laten de cellen groeien in een doorzichtig plaatje (de chip) met dunne kanaaltjes die de doorstroming van bloed nabootsen. Samen vormen zij een kleine structuur die specifieke functies van een orgaan nabootst. Zo kan een long‑op‑chip ‘ademen’ en een hart‑op‑chip ‘kloppen’. Er zijn bijvoorbeeld ook chips die delen van de darmen, nieren, lever, bloedvaten, gewrichten of de huid nabootsen.

3. Waar worden organen-op-chips voor gebruikt?

Met de chips kunnen onderzoekers zien hoe menselijke cellen reageren op een ziekte of medicijn, zonder dat daar meteen proefdieren of patiënten voor nodig zijn. Ook kunnen de chips gebruikt worden om werkzame stoffen te testen op veiligheid. Of in het geval van NASA, om te kijken hoe ze reageren op straling en gewichtloosheid in de ruimte

Het is ook mogelijk om een ziekte na te bootsen, zoals die zich bij een specifiek persoon voordoet. Door stamcellen op te groeien van een persoon met bijvoorbeeld een genmutatie, kan met behulp van een orgaan-op-chip gekeken worden naar de effecten van deze mutatie. In de toekomst kunnen misschien ook medicijnen gemaakt worden die zijn afgestemd op de patiënt.

De chip bootst omstandigheden na die lijken op die in het lichaam, zoals stroming, druk en rek. Onderzoekers kunnen nauwkeurig regelen hoeveel zuurstof de cellen krijgen, hoe snel vloeistof stroomt en welke prikkels het weefsel ontvangt. Al deze factoren spelen een belangrijke rol bij het functioneren van onze cellen en organen.

In vroegere celmodellen waren die factoren niet aanwezig. Onderzoek gebeurde toen meestal in platte petrischaaltjes, waarin cellen en medicijnen zich anders gedragen dan in een lichaam. Organen-op-een-chip lijken wat dat betreft veel meer op de ‘echte situatie’.

4. Hoelang bestaan organen-op-chips al?

Orgaan-op-een-chip is een relatief nieuwe technologie. De doorbraak ervan was in 2010, toen onderzoekers van de Universiteit van Harvard een longmodel maakten dat echt kon ‘ademen’. Dit was de eerste keer dat een stuk menselijk weefsel zich in een chip gedroeg, zoals in het lichaam.

Het LUMC en bedrijven op het Leiden Bio Science Park stapten vroeg in op deze vooruitstrevende technologie: zo maakte de onderzoeksgroep van Christine Mummery, hoogleraar Ontwikkelingsbiologie in het LUMC, de eerste Nederlandse hart-op-chip-modellen, gemaakt van menselijke hartspiercellen.

Dankzij het pionierswerk van Mummery heeft Leiden zich ontwikkeld tot een expertisecentrum voor orgaan-op-chip-technologie.

5. Kunnen organen-op-chips dierproeven vervangen?

De chips gaan dierproeven niet van de ene op de andere dag vervangen, wel kunnen ze het aantal proeven drastisch verminderen. Zo hoeft een medicijn dat niet werkt op een chip, niet meer op een muis getest te worden. Bovendien blijken veel medicijnen die in muizen goed werken, minder goed of niet te werken bij mensen. Dit komt doordat muizen simpelweg anders zijn dan ons. Organen‑op‑chips gebruiken menselijke cellen en geven daardoor vaak betere voorspellingen.

6. Kunnen de chips organen in het lichaam vervangen?

Organen-op-chips betekenen een grote stap voorwaarts en bootsen specifieke functies na, maar zijn geen volledige organen. Ze kunnen dus geen echte organen in het lichaam vervangen of een transplantatie overbodig maken. Daar zijn de chips ook niet voor bedoeld. Ze zijn een manier om te onderzoeken wat er gebeurt als je een bepaalde stof of therapie toevoegt. Wel kunnen onderzoekers meerdere organ-on-a-chip-systemen aan elkaar koppelen.

7. Wat is de rol van kunstmatige intelligentie?

Experimenten met organen‑op‑chips duren vaak dagen of weken. Kunstmatige intelligentie (AI) kan helpen voorspellen hoe experimenten zich ontwikkelen. Dit bespaart tijd, geld en materiaal. AI herkent ook patronen die voor mensen moeilijk te zien zijn, zoals subtiele veranderingen in de cel of vroege tekenen van schade. Dit kan belangrijk zijn om hun effect te bestuderen.

8. Welke rol spelen het LUMC en het Leiden Bio Science Park?

Het Leiden Bio Science Park is een van de belangrijkste plekken in Europa voor organen-op-een-chip-technologie. Het LUMC ontwikkelt en test deze modellen, terwijl bedrijven zorgen voor productie, toepassing en opschaling, zodat innovaties daadwerkelijk beschikbaar komen voor onderzoekers, artsen en bedrijven.

De ontwikkeling van deze chips vraagt om samenwerking tussen verschillende expertises, zoals celbiologie (voor het maken van de juiste cellen), technische natuurkunde (voor het ontwerp van de chips) en data-analyse, waarbij AI een steeds grotere rol speelt.

Het LUMC ondersteunt dit met gespecialiseerde faciliteiten, waaronder een stamcelfaciliteit en een organen-op-chip-platform, die zowel door onderzoekers als bedrijven worden gebruikt. Daarnaast is er veel aandacht voor ethiek en wetgeving, met name rondom privacy en toestemming bij het gebruik van donormateriaal.

Via deelname aan het hDMT-consortium werkt het LUMC samen met andere organisaties aan betere modellen en standaarden, zodat de technologie breed toepasbaar wordt in wetenschap en industrie.