Nu worden medicijnen nog getest op gekweekte cellen of proefdieren, maar de kans is groot dat dat op korte termijn gaat veranderen. Wetenschappers hebben een microchip longoedeem gegeven en vervolgens bestudeerd hoe de soms fatale aandoening zich ontwikkelt. En met succes.

De microchip werd zo’n twee jaar geleden ontwikkeld. Wetenschappers spreken ook wel van een ‘orgaan-op-een-chip’, omdat de chip eigenlijk menselijk longweefsel nabootst. De chip ziet er als volgt uit:

De chip. Afbeelding: Wyss Institute.

De chip is gemaakt van een flexibel polymeer en ongeveer zo groot als een usb-stickje. Een dun, poreus en flexibel membraan scheidt de boven- en onderzijde van de chip van elkaar. Boven bevinden zich menselijke longcellen die aan lucht worden blootgesteld. Onder vinden we bloedcellen. Aan beide zijden van de long- en bloedcellen bevindt zich een vacuüm dat de interactie tussen weefsels zoals deze ook in onze longen plaatsvindt wanneer deze zich samentrekken of uitzetten, nabootst.

Proefdieren
Hoewel de chip dus al enkele jaren oud is, is nu pas duidelijk geworden dat deze ook echt kan doen wat wetenschappers altijd gehoopt hadden. “Grote farmaceutische bedrijven besteden veel tijd en een enorme hoeveelheid geld aan het kweken van cellen en proeven met dieren om nieuwe medicijnen te testen,” vertelt onderzoeker Donald Ingber. “Maar deze methodes slagen er vaak niet in om de effecten van deze stoffen wanneer mensen ze gebruiken, te voorspellen.” Wat de farmaceutische industrie welbeschouwd nodig heeft, zijn menselijke proefkonijnen. Maar dat is ethisch gezien onwenselijk. Onderzoekers bedachten daarom de microchip die als stand-in kan dienen. En onlangs werd deze chip voor het eerst gebruikt om een kankermedicijn te testen en dan met name een zeer ernstige bijwerking ervan (longoedeem) te bestuderen.

Resultaten
De onderzoekers testten een medicijn tegen kanker: interleukin-2 (IL-2). Dit medicijn heeft een hele nare bijwerking: het kan ervoor zorgen dat de longen zich vullen met bloed en vocht en uiteindelijk kan zo’n situatie dodelijk zijn voor de patiënt. De onderzoekers spoten de stof bij de microchip in en volgden op de voet wat er gebeurde. Ze ontdekten dat vloeistof door het membraan dat zich tussen de long- en bloedcellen bevond, drong. Hierdoor nam de hoeveelheid zuurstof af en kwam ook het zuurstoftransport in het gedrang. En daarmee gebeurde in de microchip precies hetzelfde als in echte mensen wanner zij een relatief vergelijkbare dosis krijgen. Ook bleken bloedeiwitten over te lopen naar de kant van de longcellen en daar voor bloedpropjes te zorgen.

WIST U DAT…

…er ook gewerkt wordt aan een lab op een chip voor in de ruimte?

Ademhaling
Maar het onderzoek leverde nog een opvallende conclusie op. De onderzoekers ontdekten dat ademhalen de nare bijwerkingen van IL-2 vergrootten. Toen ze het vacuüm rond de microchip gingen gebruiken om de ademhaling na te bootsen, lekte er veel meer vloeistof weg. Het wijst erop dat het verstandig is om patiënten die met IL-2 behandeld worden kleine hoeveelheden zuurstof te geven, zodat de bijwerkingen verminderd worden.

De onderzoekers zijn in hun nopjes met de resultaten en de farmaceutische industrie gluurt ongetwijfeld vol verwachting over hun schouders mee. “In iets meer dan twee jaar zijn we van het onthullen van een ontwerp voor een long-op-een-chip overgestapt op het demonstreren van de potentie van deze chip als het gaat om complexe ziekten,” concludeert Ingber. “Dit laat ons een glimp zien van hoe het ontdekken en ontwikkelen van medicijnen er in de toekomst wellicht uit gaat zien.”