Organ-on-chipmodellen voor onderzoek naar omgeving en gezondheid
Onze leefomgeving en onze gezondheid zijn nauw met elkaar verbonden. Stijgende temperaturen en vervuiling vergroten voor ongeveer 3,5 miljard mensen het risico op chronische ziekten, waaronder kanker, hart- en vaatziekten, neurologische aandoeningen en auto-immuunziekten. Juist nu is het belangrijk om beter te begrijpen hoe een veranderende leefomgeving ons gedrag en onze gezondheid beïnvloedt, en hoe we de negatieve effecten daarvan kunnen beperken om langer gezond te blijven. Om deze risico’s beter te begrijpen en terug te dringen, moeten onderzoekers weten wat omgevingsstress doet met het lichaam. Dat begint bij de eerste reacties in menselijke cellen.
Om effectief te kunnen handelen, zowel op individueel niveau als op maatschappelijk niveau, zijn betere manieren nodig om omgevingsfactoren en hun effecten op gezondheid in real time te monitoren. Binnen het Flagship Flagship Personalized, Real-Time Health Impact of Climate Change and Pollution, ontwikkelen onderzoekers nieuwe methoden om te bestuderen hoe omgevingsstress de gezondheid beïnvloedt. Een belangrijk onderdeel daarvan is het werken met organ-on-chipmodellen.
| Organ-on-chipmodellen zijn geavanceerde laboratoriumplatforms waarin menselijke cellen in een gecontroleerd systeem worden gekweekt. Ze kunnen bepaalde kenmerken van menselijke weefsels nabootsen, zoals long- of huidweefsel. Zo kunnen onderzoekers bestuderen hoe deze weefsels reageren op blootstelling aan omgevingsfactoren. |
Waarom eerst cellen bestuderen?
Voordat onderzoekers instrumenten kunnen ontwikkelen om persoonlijke blootstelling in het dagelijks leven te monitoren, moeten zij eerst begrijpen hoe cellen op die blootstelling reageren. Welke cellen reageren wanneer zij in contact komen met omgevingsstressoren? Welke ontstekingssignalen komen vrij? En welke moleculen kunnen iets zeggen over de mate of bron van blootstelling?
Om deze vragen te beantwoorden, ontwikkelt het team organ-on-chipmodellen met primaire menselijke cellen uit weefsels die direct in contact staan met de buitenwereld, zoals de longen en de huid. Deze weefsels zijn bijzonder relevant, omdat zij tot de eerste delen van het lichaam behoren die worden blootgesteld aan luchtvervuiling, hitte en andere externe stressoren. Door deze menselijke celmodellen te combineren met geavanceerde blootstellingssystemen, kunnen onderzoekers in het lab bestuderen hoe cellen reageren wanneer zij direct worden blootgesteld aan omgevingsprikkels.
.
| Figuur: Schematisch overzicht van het longmodel. Links toont de figuur verschillende primaire cellen die zijn geïsoleerd uit menselijk longweefsel. Deze cellen kunnen in verschillende combinaties worden gebruikt om het longepitheel na te bootsen, weergegeven in het midden. Rechts is een prototype te zien van een vereenvoudigd vloeistofgestuurd systeem, dat kan worden gebruikt om dynamiek in het longmodel te bestuderen. |
.
Wat deze aanpak bijzonder maakt
De kracht van deze aanpak zit in de combinatie van menselijke biologie en engineering. De modellen worden opgebouwd met primaire menselijke cellen, terwijl technisch geavanceerde systemen het mogelijk maken om deze cellen op een gecontroleerde en relevante manier bloot te stellen aan omgevingsfactoren.
Daarmee helpt deze aanpak om de kloof te overbruggen tussen blootstelling in de omgeving en de biologische reactie van het lichaam. In plaats van alleen te kijken naar gezondheidseffecten nadat ze zijn ontstaan, kunnen onderzoekers vroege cellulaire en moleculaire reacties bestuderen, dichter op het moment van blootstelling.
Naar biomarkers voor blootstelling aan omgevingsfactoren
Een belangrijk doel van het project is het identificeren van specifieke moleculen, ook wel biomarkers genoemd, die kunnen helpen om de mate en bron van blootstelling bij individuele personen te monitoren.
Als dit lukt, kunnen deze inzichten bijdragen aan de ontwikkeling van instrumenten die zulke biomarkers in de praktijk meten. Dat zou een belangrijke stap zijn richting meer persoonlijke monitoring van de gezondheidseffecten van omgevingsfactoren.
In de toekomst kan dit onderzoekers helpen om verder te kijken dan alleen het meten van vervuiling of hitte in de omgeving. Het kan ook inzicht geven in hoe het lichaam van een persoon daadwerkelijk reageert op blootstelling.
Daarnaast kunnen organ-on-chipmodellen dienen als benchmarkmodellen voor fundamenteel onderzoek naar de longen, huid en mogelijk ook andere organen. Door gecontroleerde en reproduceerbare laboratoriummodellen te ontwikkelen, kunnen onderzoekers beter begrijpen hoe verschillende weefsels reageren op omgevingsstress.
Met organ-on-chipmodellen kunnen we op een gecontroleerde manier bestuderen hoe menselijke weefsels reageren op omgevingsstress. Door cellulaire reacties en mogelijke biomarkers te identificeren, legt dit onderzoek de basis voor toekomstige instrumenten waarmee de gezondheidseffecten van klimaatverandering en vervuiling persoonlijker en meer real time kunnen worden gemonitord.
Hoe dit past binnen het Flagship en Convergence
Het organ-on-chiponderzoek maakt deel uit van de bredere ambitie van het Flagship Personalized, Real-Time Health Impact of Climate Change and Pollution: beter begrijpen en verminderen hoe klimaatverandering en vervuiling de gezondheid beïnvloeden. Het Flagship brengt bio-engineering, draagbare gezondheidstechnologie en datagedreven impactanalyse samen, ondersteund door klinische, economische en ethische expertise.
.
Binnen deze bredere aanpak helpen organ-on-chipmodellen om zichtbaar te maken wat er op weefselniveau gebeurt. Die inzichten kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van toekomstige monitoringinstrumenten en aan een beter begrip van hoe omgevingsstress de gezondheid beïnvloedt: van veranderingen in het lichaam tot effecten op de samenleving.
.
Bij dit onderzoek zijn onder anderen prof. Robbert Rottier, Sem Koornneef, dr. Bing Thio en dr. Eveline de Geus van Erasmus MC betrokken, in samenwerking met prof. Urs Staufer van TU Delft. Het project brengt expertise samen op het gebied van kinderchirurgie, dermatologie, ontwikkelingsbiologie, materiaalkunde en engineering. Door biologische kennis te combineren met technologische vooruitgang in materialen, ontwerp en engineering, ontwikkelt het team nieuwe tools en modellen voor onderzoek naar omgeving en gezondheid.