‘We bouwen 3D-chips die echt menselijk weefsel nabootsen’

Stel je voor: een wereld waar dierproeven niet meer nodig zijn. Materiaalwetenschapper Jennifer Lewis en haar collega’s van Harvard willen dit mogelijk gaan maken. Zij hebben een 3D-printer ontworpen die met verschillende typen menselijke cellen een mini-orgaan kan printen op een chip. Hierop kunnen geneesmiddelen worden getest, wat geneesmiddelonderzoek sneller en ethischer kan maken.

Jennifer Lewis met haar Lush Prize. De prijs wordt uitgedeeld aan wetenschappers en activisten die een lans breken voor dierproefvrij onderzoek

Naar schatting worden wereldwijd elk jaar 115 miljoen dieren in experimenten gebruikt. Deze lijden vaak onnodig pijn. Testen die de giftigheid van de middelen meten, voorspellen de giftigheid voor mensen namelijk maar in 43 procent van de gevallen. 92 procent van de nieuwe geneesmiddelen die dierproeven doorstaan halen bovendien de markt niet vanwege onvoorziene bijwerkingen. De 3D-chips van Lewis zouden hier een einde aan kunnen maken. Ze won daarom in 2017 een Lush Prize Award, een forse geldprijs die wordt uitgereikt aan wetenschappers en activisten die strijden voor een dierproefvrije wereld.

Waarom worden dierproeven nog zo veel gebruikt?
‘Dat komt door het farmaceutische test- en screeningsproces dat verschillende fases kent. Het begint met menselijke cellen in een petrischaaltje. De volgende fase zijn de dierproeven. Die worden gebruikt omdat ze meer een echt lichaam zouden nabootsen. Hierna begint pas de reeks klinische trials op mensen die bepalen of een medicijn op de markt kan worden gebracht. Het is voor bedrijven enorm duur om dit hele proces te doorlopen, maar het moet volgens de richtlijnen. Het wordt helemaal duur als bij de derde klinische trial blijkt dat het medicijn op mensen toch niet bijzonder goed werkt. Honderden miljoenen dollars worden zo verspild.’

Zijn de 3D-bioprinttechnieken die u ontwikkelt ook niet enorm duur?
‘De industrie wil iets hebben dat meer voorspellingskracht heeft. Een 3D-chip met verschillende typen menselijke cellen kan dat hebben. Maar voordat we overtuigend kunnen aantonen dat deze modellen beter de effecten van medicijnen voorspellen, zal het voor de industrie moeilijk zijn om het te accepteren. Het punt is dat we met onze modellen direct aan het einde van de pijplijn kunnen komen, wat veel tijd- en geldwinst oplevert. De initiële investering is inderdaad prijzig, maar het geneesmiddelenonderzoek zou door onze modellen veel sneller kunnen.’

Een wereld waar geen dierproeven meer nodig zijn is dus mogelijk?
‘Dat gaat nog zeker tien tot twintig jaar duren. Europese landen zijn behoorlijk agressief aan het strijden om dierproeven te elimineren maar andere landen blijven helaas achter. Dat is ook niet gek. Vooruitstrevende wetenschap loopt altijd een paar passen voor op de wereld. Mensen zijn misschien huiverig om van het nieuwe te proeven, maar uiteindelijk zullen ze niet anders kunnen dan het nieuwe te gebruiken.’

De 3D-bioprinter van Lewis gebruikt verschillende koppen en inkten tegelijkertijd om een stuk menselijk weefsel na te bouwen.’

Een normale 3D-printer gebruikt gesmolten plastic. U gebruikt levende biologische cellen. Hoe werkt dit?
‘We gebruiken een inkt van levende mensencellen en voedingsstoffen – die hebben ze nodig om niet direct dood te gaan. In de inkt zit dus al een voorraadje, maar als je ze geen extra voedingsstoffen levert, gaat het weefsel na een uur alsnog dood. Wij printen daarom ook in de chips kleine bloedvaatjes, net zoals onze lichamen die gebruiken om cellen van voedsel te voorzien. Op deze manier kunnen we mini-orgaantjes op chips maken met de structuur en celculturen die wij willen.’

En dat kan met dezelfde bioprinter?
‘Dat klopt. We hebben een multi-materiaal 3D-bioprinter, waarbij één materiaal bijvoorbeeld een inkt met menselijke cellen is en het andere een bepaalde inkt die het vaatstelsel wordt. Weer een andere printer creëert een soort pudding waar de cellen en bloedvaten zich in begeven. We bouwen onze 3D-chips volledig van de grond op, met alles wat je nodig hebt om echt menselijk weefsel na te bootsen.’

Kunnen dit soort chips dan ook biologische functies overnemen, zoals nierdialyse?
‘Daar zijn we helaas nog lang niet. Van mijn weten bestaan er alleen nog weefselpleisters; weefsel uit een petrischaaltje dat helpt een hart te repareren. Maar een complete oplossing om dialyse te vervangen is nog steeds erg ver weg. Toch denk ik dat onze chips uiteindelijk zullen resulteren in therapeutische toepassingen. De gedachte is dat wanneer onze chips bepaalde functies die cellen hebben kunnen nabootsen, we dat ook op den duur kunnen opschalen.’

 ‘Met deze techniek kunnen we snel bepalen wat wel en niet werkt’

‘Waar we aan werken is bijvoorbeeld een mens op een chip, waar we verschillende mini-organen met elkaar verbinden. We doen dit omdat sommige geneesmiddelen bijvoorbeeld in de lever worden afgebroken. Soms zijn het de afbraakproducten van een medicijn, niet het medicijn zelf, dat de schade aan weefsel veroorzaakt. Wanneer je dus een medicijn test op een specifiek weefsel, zoals een nier op een chip, maar je de volledige metabolische cyclus niet hebt doorgemaakt, krijg je misschien niet alle reacties die je zou krijgen wanneer een mens de medicijnen neemt.’

In de sciencefictionserie Westworld hebben ze een manier bedacht om een compleet mens te printen
‘Daar kan ik eigenlijk alleen maar om lachen. Ik denk dat we al heel veel geluk hebben als we in de komende jaren therapeutische technieken kunnen ontwikkelen voor weefselherstel- en regeneratie. We zijn bij wijze van spreken nog aan het kruipen. Wat Westworld beschrijft zou betekenen dat we op opspringen en op volle snelheid wegsprinten.
‘Voor gepersonaliseerde geneeskunde zou het wel al snel ingezet kunnen worden. Bij dit soort geneeskunde neem je bijvoorbeeld een stuk huid van een patiënt waaruit je een bepaald type cellen genaamd fibroblastcellen kunt halen. Deze kunnen we herprogrammeren zodat ze in stamcellen veranderen. Als de patiënt een ziekte heeft, zit die ziekte in deze nieuwe stamcellen. We printen dan een chip met deze cellen, waarop we van alles kunnen uittesten. Het kan belangrijk zijn voor kankertherapieën, maar ook voor andere ziekten. De huidige methode is vaak om medicatie aan een patiënt te geven op basis van testresultaten, en wanneer het niet werkt, wordt iets anders geprobeerd. Maar vaak kan de medicatie, zoals chemotherapie, de patiënt al schaden. Met deze techniek kunnen we snel bepalen wat wel en niet werkt. Dit zit er snel aan te komen – in ieder geval heel veel eerder dan de technieken uit Westworld.’

Mis niet langer het laatste wetenschapsnieuws en meld je nu gratis aan voor de nieuwsbrief van New Scientist.

Lees verder:

Over de auteur

Ruben Boyd

Ruben Boyd is stagiair bij New Scientist en blogger bij iBestuur. Met een achtergrond in psychologie en een master in kunstmatige intelligentie focust hij zich op de relatie tussen wetenschap, technologie en maatschappij. In zijn vrije tijd klimt hij ook graag in de pen en schrijft hij over van alles op zijn eigen website.



Plaats een reactie