Heart On A Chip: nog een kwestie van tijd tot dierproeven overbodig zijn

Met cardiovasculaire ziekten wereldwijd als één van de meest voorkomende doodsoorzaken staat onderzoek naar hartziekten en de ontwikkeling van hartmedicijnen hoog op de onderzoeksagenda. Daarbij is het gebruik van proefdieren nog gemeengoed. En discutabel. “We zijn het er volgens mij allemaal over eens dat dierproeven niet meer wenselijk zijn, maar er is nog weinig veranderd de afgelopen jaren,” aldus Martin Bennink. “Dierenwelzijn staat niet hoog op de agenda in de nog vrij conservatieve farmaceutische industrie. Het is een publiek geheim dat het gebeurt en veel onttrekt zich aan ons gezichtsveld.”

Model dat proefdieren kan vervangen

Het kan anders, maar dat vraagt om realisme en pragmatisme. Verandering kost tijd: jarenlang intensief onderzoek naar alternatieven voor het gebruik van proefdieren. De oplossingen en gewenste doorbraken liggen daarbij op het snijvlak van nanotechnologie en biomedische wetenschappen. Met het Heart On A Chip-project zijn Wolbers en Bennink al enkele jaren vanuit het Saxion-lectoraat NanoBio bezig om met samenwerkingspartners een model te ontwikkelen dat proefdieren kan vervangen. Het model bootst op kleine schaal een hart na.

Gezonde en niet-gezonde varianten nabootsen

“Het lijkt beslist niet op een miniatuur-hart,” licht Floor Wolbers toe. “Maar het werkt wel precies zo. Met cellen op een chip bouwen we niet alleen een gezond werkend hart na, maar ook varianten waarbij het juist gaat om een hart dat ziek is, niet goed functioneert.” Op zo’n Heart On A Chip draait het om het gebruik van de juiste cellen en het creëren van de juiste omgeving en flow, vergelijkbaar met de bloedstroom door het lichaam. Wolbers: “Wanneer je gezonde en niet-gezonde varianten kunt nabootsen, ontstaat er een model dat de farmaceutische industrie op termijn kan gebruiken voor het testen van medicijnen. Daarbij zijn de mogelijkheden zelfs kwalitatief beter dan bij het testen op dieren. Een Heart On A Chip lijkt sterker op een mensenhart en stelt ons in staat eindeloos met variabelen te testen, zonder dat we daar iets of iemand geweld mee aandoen.”

Heart On A Chip als goed alternatief

Het ontwikkelen en testen van medicijnen is een lang traject waarin miljarden euro’s omgaan. Pas in de klinische fase, wanneer de medicijnen op mensen getest mogen worden, blijkt dat 90% niet werkt. Het vraagt grote ethische en economische offers in de vorm van proefdieren, tijd en geld. “Toch is dit nog steeds de standaardmethode,” zegt Wolbers. “Wij willen met name in dat voortraject een goed alternatief bieden. Met een Heart On A Chip hebben we straks een model dat al in een vroeger stadium aantoont of iets werkt, of juist niet.” Het lijkt een slimme binnenbocht die bovendien veel dierenleed bespaart.

Alternatieven voor stamcellen

Hoewel er in het project de nodige stappen zijn gezet, richt de uitdaging zich nu op het testen met alternatieven voor stamcellen. Die bieden weliswaar de beste testresultaten, maar zijn lastig te verkrijgen en tot hartcel te differentiëren. “Bij dat laatste zijn we afhankelijk van externe partijen,” legt Wolbers uit. “Stamcellen stoppen met delen, wanneer ze gedifferentieerd zijn. Daarom ontwikkel je als mens ook geen nieuwe hartcellen na een infarct.” De onderzoeksgroep richt zich nu op het gebruik van andere cellijnen die zich wel blijven vermenigvuldigen. “Dat stelt ons voor nieuwe uitdagingen, omdat ze zich anders gedragen in een chipsysteem.”

Een chipsysteem dat naar de markt kan

Het is onderzoek dat om een lange adem vraagt, maar in de nabije toekomst voor betere uitgangspunten kan zorgen. Voor mens en dier. Saxion richt zich, zo vertelt Martin Bennink, vooral op standaardisatie om de uiteindelijke stap naar de praktijk mogelijk te maken: “Overal in labs worden chips met cellen ontwikkeld, maar hoe kom je tot een product dat altijd en overal hetzelfde werkt en gelijke resultaten oplevert? Dat gaat een stap verder dan de hypothetische onderbouwing dat iets kan, of het maken van een device die alleen door een student gebruikt kan worden. Saxion wil zodoende de basis leggen voor een chipsysteem dat robuust is en naar de markt kan. Je krijgt er een gebruiksaanwijzing bij en kunt er als medicijnproducent direct mee aan de slag. Zonder proefdieren.”

Van dierproeven af

Wolbers, zelf ook aan het onderwijs verbonden, hoopt dat er over uiterlijk vijf jaar een gestandaardiseerd model ligt dat nadrukkelijk ook in het onderwijs ingezet kan worden. “We hebben dan niet alleen een standaardsysteem dat we af kunnen stemmen op de specifieke wensen van academische instellingen of het bedrijfsleven, maar ook iets waarmee studenten aan de slag kunnen.” Daar ligt volgens Bennink ook de kans om van dierproeven af te komen: “Impliciet hebben we daar met zo’n Heart On A Chip-principe echt een hand in. We leiden een nieuwe generatie professionals op, die zich straks niets meer kan voorstellen bij het gebruik van proefdieren voor medische toepassingen.”

Voor het Heart On A Chip-project werkt Saxion samen met Micronit BV, Locsense, Ionovation GmbH, Universiteit Twente (Applied Stem Cell Technologies) en AMC/VUmc (Physiology Department). Het onderzoek wordt mogelijk gemaakt door TFF (Tech For Future).