Chips als tool om de juiste medicatie te selecteren voor patiënten
Een hart-op-chip, een maag-op-chip, een lever-op-chip, ja zelfs hersenen-op-chip. Biologen en ingenieurs geloven dat het mogelijk moet zijn om cellen te laten groeien op chips, ongeveer zoals ze groeien in ons lichaam. En dat zou, in de toekomst weliswaar, een belangrijk instrument kunnen worden voor de ontwikkeling van geneesmiddelen én voor de dagelijkse praktijk van dokters om de juiste medicatie te selecteren voor hun patiënten.
Omdat het 'actieve' en intelligente groeibodems zijn voor de cellen: ze meten de cellen op (chemisch, elektrisch, morfologisch), weten wat de cellen tekort komen en sturen bij zodat de cellen een grotere overlevingskans hebben en zich beter thuis voelen in hun omgeving.
Het kan hierbij gaan om het tunen van het chipoppervlak met bepaalde moleculen, het voorzien van specifieke 3D-structuren op het chipoppervlak (dit kan met microfabricatie, een veelgebruikt proces in de chipindustrie), het aanvoeren en afvoeren van bepaalde stoffen dankzij microfluïdische kanalen op of onder de chip, of het toevoegen van bewegingen op de chip.
Deze chips kunnen verschillende vormen aannemen. Recent publiceerde Purdue University resultaten van een chip waarin tunnels werden gecreëerd om kleine stukjes weefsel van een pancreaskanaal in te laten groeien. Dit met de bedoeling om te bestuderen wat de relatie is tussen bloedklonters en pancreastumoren. Zulke systemen zouden een perfecte aanvulling zijn voor muismodellen en patiëntenstalen om meer inzicht te krijgen in de ziekte.
De University of Cambridge maakte dan weer een elektrode bekleed met een sponsachtig materiaal waarin cellen kunnen groeien, een mooi alternatief voor de metalen elektrodes. Iedereen pakt het dus wat anders aan, maar de trend is duidelijk gezet.
Ook in de dagelijkse dokterspraktijk zullen cellen- en organen-op-chip ooit van pas komen.
Vele onderzoeksgroepen zijn actief op het vlak van cellen- en organen-op-chip. In de VS is er het bekende Tissue Chip initiatief van NCATS waar men werkt aan zo'n 14 verschillende organen-op-chip, voor het screenen van geneesmiddelen. In Europa is er het Orchid-programma dat vooral tot doel heeft een roadmap op te stellen voor dit soort onderzoek en om de verschillende onderzoeksgroepen met elkaar in contact te brengen.
En dan is er natuurlijk het prachtige initiatief Health EU ('healthy you') waarbij ikzelf vanuit imec betrokken ben. Het is een grootschalig en multidisciplinair onderzoeksproject, een zogenaamd FET Flagship, om digital twin- en organ-on-chip-technologie te ontwikkelen om ziektes te voorkomen en behandelen.
Veel bedrijven en start-ups - bijvoorbeeld: Emulate, Mimetas en Tissuse - zijn bezig met het commercialiseren van de eerste organen-op-chip, en de eerste producten werden goedgekeurd door de FDA.
Cellen-op-chip zouden een belangrijk instrument kunnen worden voor medicatie op maat van de patiënt
De cellen- en organen-op-chip zullen zeker in onderzoek en voor ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen gebruikt worden. Maar ook in de dagelijkse dokterspraktijk zullen ze ooit van pas komen. Imec werkt bijvoorbeeld aan een chip waarop hartcellen kunnen groeien, en continu gemonitord kunnen worden. Bovenop de chip worden minicontainers voorzien, waarin medicatie kan aangebracht worden.
Het onderzoek gebeurt samen met een cardioloog van UZ Leuven met de bedoeling om - met cellen van de patiënt zelf - te checken hoe toxisch een bepaalde chemotherapie-behandeling is voor het hart van de patiënt. Zo zouden cellen-op-chip een belangrijk instrument kunnen worden voor medicatie op maat van de patiënt.
Als Senior Director Connected Health Solutions bij imec, komt Chris Van Hoof in contact met de allernieuwste technologieën om gezondheidsparameters te meten én bij te sturen. In zijn columns vermeldt hij interessante ontwikkelingen op dit vlak en hoe dokters er in de toekomst mee aan de slag kunnen.