Wetenschappers van de Universiteit Twente en het Radboudumc werken aan een nieuw model dat het menselijk netvlies nabootst: een netvlies-op-een-chip. Het model kan helpen bij het beter begrijpen van oogziekten en testen van nieuwe behandelingen.
De netvlies-op-een-chip moet de drie belangrijkste lagen van het netvlies samenbrengen in een chip: het vaatvlies, het pigmentepitheel en de zenuwlaag. De eerste twee lagen zijn inmiddels met succes geïntegreerd, terwijl de onderzoekers momenteel werken aan de integratie van de derde laag. Deze benadering is uniek; eerder onderzoek beperkte zich meestal tot losse celtypen in plaats van een volledig functionerend model van het netvlies.
Zeer complex
Het netvlies is een van de meest complexe structuren in het menselijk oog. Het bestaat uit meerdere lagen met verschillende celtypen, die nauw samenwerken voor het verwerken van visuele informatie. Bij diverse oogziekten kan deze samenwerking verstoord raken.
Traditioneel onderzoek naar deze aandoeningen maakt in veel gevallen gebruik van dierproeven. Dieren verschillen echter in belangrijke opzichten van mensen, waardoor de resultaten niet altijd betrouwbaar zijn voor de menselijke situatie.
Het nieuwe model dat wordt ontwikkeld binnen de samenwerking tussen de Universiteit Twente en het Radboudumc biedt een alternatief. Door het gebruik van menselijke cellen in een gecontroleerde omgeving kunnen onderzoekers nauwkeuriger bestuderen hoe het netvlies reageert op verschillende prikkels, zoals licht, druk en medicijnen. De omgeving kan onder meer worden gebruikt voor testen van therapieën die schade aan het netvlies kunnen vertragen of zelfs herstellen.
Microfluïdisch systeem
Het netvlies-op-een-chip is overigens geen digitale microchip, maar een microfluïdisch systeem. Dit is een klein, met vloeistof gevuld kanaaltje waarin menselijke cellen kunnen groeien. Deze cellen worden zo gerangschikt dat ze de structuur van het echte netvlies nabootsen.
Het voordeel van deze aanpak is dat onderzoekers de omstandigheden zeer precies kunnen aanpassen. Ze kunnen bijvoorbeeld de hoeveelheid licht of druk variëren en vervolgens observeren hoe het netvlies reageert. Dit stelt hen in staat om veranderingen stap voor stap te volgen, vergelijkbaar met wat in een klinische setting zou gebeuren.
Een van de grootste uitdagingen bij het ontwikkelen van dit model is het gecontroleerd samenbrengen van alle drie de lagen van het netvlies: het vaatvlies, het pigmentepitheel en de zenuwlaag.
Hoewel het combineren van losse celtypen in laboratoriumomstandigheden vaker is gedaan, is het op een gestructureerde manier integreren van zowel het vaatvlies, het pigmentepitheel als de zenuwlaag nieuw. De onderzoekers hebben inmiddels een werkend prototype met de eerste twee lagen. De zenuwlaag is echter complexer, aangezien deze direct betrokken is bij de signaaloverdracht naar de hersenen. Het ontwikkelen van een functionele en stabiele versie hiervan vereist nog verdere onderzoeksinspanningen, melden de onderzoekers.
Geen dierproeven meer nodig
Een belangrijk voordeel van het netvlies-op-een-chip is dat het onderzoek zonder dierproeven mogelijk maakt. Dit is wetenschappelijk waardevol, aangezien menselijke cellen beter aansluiten bij de werkelijke situatie bij patiënten.
“Wat we in het lab ontwikkelen, heeft alle componenten van het menselijke netvlies die relevant zijn voor de functie van het oog. We willen weten hoe het reageert bij ziekten van het oog die door leeftijd of een erfelijke component kunnen ontstaan. Met deze aanpak zijn geen dierproeven meer nodig”, melden de onderzoekers.
Zeldzame oogziekten beter bestuderen
Ook kan het model helpen bij het beter bestuderen van zeldzame oogziekten. Voor veel van deze aandoeningen zijn weinig of geen effectieve behandelingen beschikbaar, omdat ze te zeldzaam zijn om grootschalig onderzoek naar te kunnen doen. Het chipmodel kan hier verandering in brengen door relatief eenvoudig specifieke celcombinaties te testen, zonder dat hiervoor grote patiëntengroepen nodig zijn.
De onderzoekers moeten nog een aantal uitdagingen overwinnen. Zo kunnen bij de productie van modellen variaties ontstaan. Hoewel er vooruitgang is in het standaardiseren van de productie, is het nog niet mogelijk om volledig identieke chips te maken. Dit is belangrijk, omdat consistentie noodzakelijk is voor het garanderen van betrouwbare onderzoeksresultaten.
Uitdagingen
Ook het opschalen van de productie levert uitdagingen op. Zo duurt het ongeveer 250 dagen om vanuit stamcellen de benodigde netvliescellen te kweken. De onderzoekers werken aan manieren om dit proces te versnellen. Daarnaast is het noodzakelijk om de kwaliteit van de zenuwlaag te waarborgen voordat deze kan worden geïntegreerd met de andere lagen. Pas wanneer alle drie de lagen stabiel functioneren, kan het model volledig worden ingezet voor onderzoek naar oogziekten en mogelijke behandelingen.
Klinische toepassingen van het model zijn dan ook nog ver weg. Wel biedt het netvlies-op-een-chip al nieuwe mogelijkheden voor fundamenteel onderzoek. Ook nu het model alleen het vaatvlies en het pigmentepitheel omvat kan het onderzoekers waardevolle inzichten opleveren in de processen die ten grondslag liggen aan oogziekten. Voor patiënten met zeldzame genetische aandoeningen kan deze technologie op termijn een versnelling betekenen in de ontwikkeling van gerichte therapieën.
