minidarm

Ze duiken ook in de berichtgeving op Scientias.nl steeds vaker op: organoids, oftewel mini-orgaantjes die in het lab gekweekt worden. Sommige mensen denken dat deze orgaantjes wel eens een einde kunnen maken aan het gebruik van proefdieren. Maar wat zijn het precies? En hoe kunnen ze de wetenschap verder helpen?

Met vage darmklachten naar de huisarts levert niet altijd een goed antwoord op welke ziekte het zou kunnen zijn. Over veel ziektes met vage klachten is nog weinig bekend en onderzoek doen is niet zo makkelijk. Allereerst is het moeilijk om met onderzoek naar losse cellen een goede vergelijking te maken met de situatie van de patiënt en daarnaast moet het gebruik van proefdieren zo beperkt mogelijk blijven. Als oplossing is in het Hubrecht Instituut de organoid bedacht: een in het laboratorium gekweekt mini-orgaantje waar naar hartenlust onderzoek mee kan worden gedaan.

Mini-darmpjes
Organoids zijn kleine orgaantjes die zijn gemaakt door mensen. Prof. Dr. Hans Clevers van het Hubrecht Instituut had als eerste dit idee en maakte de eerste mini-darmpjes. Hiervoor zijn cellen uit een klein stukje weefsel gehaald en in een bakje gestopt. In deze gunstige omgeving groeit een losse cel uit tot een kleine variant van het orgaan waar de cellen uit afkomstig waren, in dit geval dus een darm. De organoid heeft een ronde vorm en is hol van binnen, maar bestaat wel uit alle cellen waar een gewone darm ook uit opgebouwd is.

De normale darm is ruwweg opgebouwd uit twee delen: de ‘crypte’, waar alle nieuwe cellen worden aangemaakt, en de ‘vilus’ waar de darm daadwerkelijk de voedingsstoffen opneemt die langskomen. De organoid bestaat ook uit de twee delen van de darm, de crypte en de vili (vilus is enkelvoud) en lijkt daarmee heel erg op de echte darm. Helemaal rechts ziet u een organoid van een darm onder de microscoop. Afbeeldingen: Wnt signalling in stem cells and cancer, Tannishtha Reya and Hans Clevers, Nature 434, 843-850 (14 april 2005) doi:10.1038/nature03319 (links) en Single Lgr5 stem cells build crypt–villus structures in vitro without a mesenchymal niche. Toshiro Sato1, Robert G. Vries, Hugo J. Snippert, Marc van de Wetering, Nick Barker, Daniel E. Stange, Johan H. van Es, Arie Abo, Pekka Kujala, Peter J. Peters & Hans Clevers, Nature 459 (14 mei 2009) doi:10.1038/nature07935 (midden en rechts).

De normale darm is ruwweg opgebouwd uit twee delen: de ‘crypte’, waar alle nieuwe cellen worden aangemaakt, en de ‘vilus’ waar de darm daadwerkelijk de voedingsstoffen opneemt die langskomen. De organoid bestaat ook uit de twee delen van de darm, de crypte en de vili (vilus is enkelvoud) en lijkt daarmee heel erg op de echte darm. Helemaal rechts ziet u een organoid van een darm onder de microscoop. Afbeeldingen: Wnt signalling in stem cells and cancer, Tannishtha Reya and Hans Clevers, Nature 434, 843-850 (14 april 2005) doi:10.1038/nature03319 (links) en Single Lgr5 stem cells build crypt–villus structures in vitro without a mesenchymal niche. Toshiro Sato1, Robert G. Vries, Hugo J. Snippert, Marc van de Wetering, Nick Barker, Daniel E. Stange, Johan H. van Es, Arie Abo, Pekka Kujala, Peter J. Peters & Hans Clevers, Nature 459 (14 mei 2009) doi:10.1038/nature07935 (midden en rechts).

Complete mini-orgaantjes
Een organoid is dus een kleine versie van het echte orgaan, maar heeft wel alles wat de grote versie ook heeft. In het voorbeeld van de darm is het belangrijk om te bedenken dat de darmwand niet is opgebouwd uit één type cel, maar dat meerdere typen cellen samenwerken om de darmfunctie goed uit te voeren. Zo zijn cellen nodig die stoffen uitscheiden om het voedsel zo klein mogelijk af te breken, cellen die voedingsstoffen naar binnen halen, cellen die slijm maken om de darm te beschermen tegen schadelijke stoffen en cellen die nieuwe cellen maken om de oude te vervangen. Samen zorgen al deze verschillende soorten cellen ervoor dat de darm kan doen wat hij moet doen: voedingsstoffen opnemen. In de organoid gaat dit precies zo, en zijn alle verschillende soorten cellen aanwezig.

“Veel ziektes zijn niet het resultaat van één cel die iets fout doet, maar van een verkeerde samenwerking tussen cellen”

Onderzoek in 3D
Voor het onderzoek gebruiken de onderzoekers het principe dat alle soorten cellen uit de echte darm ook in de organoid zitten. Het meeste onderzoek wordt nu nog gedaan met behulp van losse cellen, of met één type cel waardoor het moeilijk is om een compleet beeld van darmproblemen te krijgen. Veel ziektes zijn namelijk niet het probleem van een enkele cel die iets fout doet, maar van een verkeerde samenwerking tussen cellen. Door te kijken naar een 3D-variant waarin alle cellen zich net zo gedragen als in een echte darm, lijkt het al veel meer op de werkelijkheid. Daarvoor is het dus juist handig als de onderzoeker naar een klein darmpje kan kijken.

Nieuwe ontdekkingen
Met onderzoek naar organoids kunnen natuurlijk heel veel nieuwe dingen ontdekt worden. Allereerst kan de vraag hoe cellen nou precies samenwerken en waarom ze elkaar nodig hebben worden beantwoord. Daarnaast kan goed worden gekeken wat er bij een bepaalde ziekte verkeerd gaat en bij welke cellen dat probleem ligt. En nog belangrijker, hoe dat probleem kan worden opgelost.

WIST U DAT…

Medicijnen
Een belangrijke stap om organoids te gebruiken om ziektes op te lossen, is gezet door het oprichten van een nieuwe stichting die kankermedicijnen gaat testen op organoids, het HUB. Hiermee kunnen op grote schaal medicijnen getest worden op effectiviteit en werking, waardoor de goede medicijnen sneller gevonden en gebruikt kunnen worden. Ook onderzoek naar de precieze werking van medicijnen kan op deze manier makkelijker worden en meer inzicht geven in hoe de cellen samenwerken.

Persoonlijkere medische hulp door organoids?
Organoids kunnen ook gebruikt worden om direct onderzoek te doen naar de (onbekende) ziekte van een patiënt. Hiervoor zijn een paar van zijn cellen nodig waar de organoid uit kan groeien, en daarna is de patiënt zelf niet meer nodig voor het onderzoek. Dit scheelt in het geval van darmproblemen bijvoorbeeld een heleboel endoscopieën. De gekweekte organoids van de patiënt kunnen vervolgens gebruikt worden om de ziekte goed vast te stellen en eventuele onderliggende problemen op te sporen. Hierdoor kan de arts de medicatie heel goed en persoonlijk afstellen.

Transplanteren
Nieuwe weefsels maken voor een eventuele transplantatie behoort ook tot de mogelijkheden. Stel dat de patiënt een stuk darm heeft dat niet goed werkt (bijvoorbeeld bij de ziekte van Crohn), dan kunnen cellen uit een stuk darm dat nog wel gezond is via organoids heel veel nieuwe kleine stukjes darm maken. Deze kunnen vervolgens in de patiënt openvouwen tot een plat stuk darm en het slechte stuk darm vervangen. Dit werkt al in muizen, en wordt nu aangepast en verbetert zodat het ook bij mensen werkt.

De labrat: is 'ie straks overbodig? Afbeelding: Janet Stephens (via Wikimedia Commons).

De labrat: is ‘ie straks overbodig? Afbeelding: Janet Stephens (via Wikimedia Commons).

Minder proefdieren in de toekomst?
Waarschijnlijk is er in de toekomst nog veel meer mogelijk met organoids. Onderzoeken waar nu proefdieren voor nodig zijn, zouden vervangen kunnen worden door onderzoek met organoids. Het grootste voordeel van een proefdier is dat het sterk lijkt op de echte situatie in de mens, maar het blijkt nu dat voor een aantal organen – zoals de darm – de organoid net zo sterk op de echte situatie in het mensenlichaam doet denken. Dat zou betekenen dat er minder proefdieren nodig zijn.

Meerdere organen
De grootste stap die de onderzoekers nog moeten zetten voordat álles via mini-orgaantjes kan worden onderzocht, is zorgen dat ze van alle menselijke organen een 3D mini-variant kunnen maken. Hier zijn de onderzoekers hard mee bezig en het is onlangs bijvoorbeeld gelukt om mini-hersenen te maken in het laboratorium.

Met een 3D mini-orgaantje, de organoid, kan dus een goede vergelijking worden gemaakt met de werkelijkheid. Hierdoor wordt het onderzoek naar ziektes een stuk makkelijker, zijn er in de toekomst minder proefdieren nodig en is persoonlijk afgestelde medicatie misschien mogelijk. Ook al zijn de eerste organoids mini-darmpjes, de weg ligt nu open om van alle andere organen ook een 3D-miniatuur te maken voor onderzoek. Hans Clevers: “Als de transplantatie voor de dunne darm bij mensen werkt, kunnen we denken aan veel meer toepassingen, zoals transplantaties van beenmerg, lever, alvleesklieren en misschien wel alle andere organen!”

Dit artikel is geschreven door Anneloes Dummer (24). Ze volgt de master Cancer, Stemcells and Developmental Biology aan de Universiteit Utrecht. Dit artikel schreef ze voor de cursus Public Science Communication with Multimedia. Na haar afstuderen wil Dummer graag promoveren op een celbiologisch onderwerp om fundamentele biologische processen te ontrafelen.