De meeste celkweekjes in het laboratorium lijken niet veel op complete organen. Meerdere celsoorten in leven houden en de juiste ruimtelijke structuur namaken is moeilijk. Tot nu toe bleef het meestal bij relatief simpele stukjes huid, beetjes kraakbeen of een klein rijtje kloppende hartcellen. Maar de groep van Donald Ingber aan de universiteit van Harvard is het gelukt om een stukje orgaan na te maken, dat publiceerden ze onlangs in Science. Ze creëerden minuscule longblaasjes, het gedeelte van je longen dat zorgt voor zuurstofuitwisseling. Deze longblaasjes of alveoli zijn maar een paar cellen dik en het eerste dat geïrriteerd raakt bij blootstelling aan rook of micro-organismen.
Hiervoor gebruikten de onderzoekers een chip van flexibel plastic met verschillende kanaaltjes erin. In het centrale kanaal groeiden twee laagjes cellen op een semi-permeabel membraan. Aan de ene kant epitheelcellen, die in de natuur de bloedvaten vormen. Aan die kant werd een zoutoplossing langs de cellen gepompt, om bloed te imiteren. De andere kant van het membraan werd bedekt door een enkel laagje longcellen, die werden aan lucht blootgesteld. Door die kant van de chip voorzichtig vacuüm te zuigen, werd er op dezelfde manier lucht langs de longcellen gezogen als in het echt. Ook de cellen zelf worden door deze ademhalingssimulatie een beetje uitgerekt. Het is voor het eerst dat er zo’n gedetailleerd model is gemaakt van longweefsel, dat ook de beweging van het orgaan kan nadoen. En doordat het chipje transparant is, zijn de effecten van lichaamsvreemde deeltjes op de cellen gemakkelijk te testen.
Net echt
Dat hebben de onderzoekers dan ook vlijtig gedaan, en wat bleek? De kunstmatige longblaasjes gedragen zich bijna net zo als echt weefsel. Toen bijvoorbeeld de long-kant van de chip werd blootgesteld aan E.coli bacteriën, vertoonden de longcellen direct een ontstekingsreactie. Ze gaven dit signaal via de bloedvatcellen door aan witte bloedcellen, die door de bloed-achtige vloeistof gepompt werden.
De witte bloedcellen wrongen zich vervolgens door beide cellagen én het membraan heen om met de indringers af te rekenen. Hier kun je er een mooi filmpje van zien.
Ook de reactie op verschillende nanodeeltjes was vrijwel gelijk aan de natuurlijke respons. Daarbij is de ademhalingsbeweging essentieel. Tijdens het inademen schuiven de longcellen namelijk van elkaar, waardoor er ruimte tussen de cellen ontstaat. Hierdoor is het een stuk gemakkelijker voor de nanodeeltjes om door te dringen tot de ‘bloedbaan’, een effect dat in stilstaande cellen niet wordt waargenomen, maar wel in dierproeven.
Nanodeeltjes testen
Veel onderzoek naar het vervangen van dierproeven centreert zich de laatste tijd rond nanodeeltjes. Het is mogelijk dat de gebruikelijke testen niet volstaan, omdat nanodeeltjes reactiever kunnen zijn dan hun grotere broers. Dit grijpen NGO’s zoals proefdiervrij aan om proefdiervrije tecknieken te eisen. Dat zal voorlopig echter nog niet lukken, omdat dit soort celkweek-technieken nog in de kinderschoenen staan.
Toekomstplannen
De onderzoekers hopen dat dit soort testen in de toekomst de dure en onaangename dierproeven kunnen vervangen. Dat duurt nog wel even, want dit soort testen worden tot nu toe hoofdzakelijk gedaan met kankercellen. Het is namelijk nog niet mogelijk om van gezonde cellen genoeg te kweken om er onderzoek mee te doen. En of kankercellen hetzelfde reageren als gewone, is natuurlijk nog maar de vraag.
Maar de onderzoekers kijken alweer verder. Ze zijn in gesprek met de hart-op-een-chip onderzoekers, in de hoop een gesloten bloedsomloop op een chip te maken. Maar voor die tijd ligt er nog een belangrijke klus voor ze te wachten op Harvard. Ze weten namelijk nog niet of de chip zijn éigenlijke functie, koolzuurgas lozen en zuurstof opnemen, wel kan vervullen. Maar daar werken ze hard aan, zeggen ze.