Als iemand ziek wordt, start het ziekenhuis meestal een behandeling die de grootste kans op genezing biedt. Maar soms slaat medicatie niet aan of werkt een andere behandeling beter. Wat als ziekenhuizen dit vooraf kunnen testen en al weten hoe iemand gaat reageren op bepaalde geneesmiddelen? Peter Lindenburg, lector aan Hogeschool Leiden, doet onderzoek met organs-on-chips. Daarbij kweken ze menselijke miniorgaantjes, stellen ze bloot aan medicatie en meten wat ermee gebeurt. En dat is revolutionair. Het kan namelijk het einde betekenen van het gebruik van proefdieren, geneesmiddelonderzoek versnellen én gerichtere behandelingen voor complexe ziektes verschaffen.
Organs-on-chips zijn microfluidische chips waarin miniatuurorgaantjes worden gekweekt, bijvoorbeeld levers. Deze techniek is zeer veelbelovend voor het bepalen van de effectiviteit en toxiciteit van geneesmiddelen. Veel geneesmiddelen worden in de lever afgebroken en omgezet in metabolieten, dit wordt biotransformatie genoemd. Er is momenteel geen betrouwbare methode voorhanden die biotransformatie van geneesmiddelen in livers-on-a-chips bestudeert. Dit komt door de volgende uitdagingen: de liver-on-a-chip monsters zijn klein, de concentratie geneesmiddelmetabolieten is laag en de concentratie vervuilingen, die de analyse kunnen verstoren, is hoog. Deze uitdagingen adresseren we door innovatieve monstervoorbewerkingsmethoden te ontwikkelen die 1) het werken met zeer kleine liver-on-a-chip monsters mogelijk maken en 2) de te meten stoffen concentreren zodat ze goed gemeten kunnen worden. Conventionele monstervoorbewerkingsmethoden zijn ongeschikt voor deze monsters omdat ze de analieten sterk verdunnen, waardoor de detectielimiet niet gehaald wordt. Om de projectdoelstelling te realiseren is een samenwerking opgezet tussen experts in het ontwikkelen van analytisch chemische methoden van Hogeschool Leiden, Universiteit Leiden, Mimetas (de marktleider in organ-on-a-chip technologie) en Bruker Daltonics (fabrikant en leverancier van innovatieve massaspectrometrieoplossingen). Dit biedt de mogelijkheid om ervaring op te doen met de aanpak van praktijkgerichte onderzoeksvragen rondom organs-on-chips vanuit het Lectoraat Metabolomics van Hogeschool Leiden. Naast de doorwerking van deze studie naar meer omvangrijke projecten is dit ook een onderwerp dat uitstekend past in het hoger onderwijs aan de analytisch chemische analisten van de toekomst. Dit is van groot belang want organ-on-a-chip technologie zal een grote rol gaan spelen in toekomstig geneesmiddelenonderzoek.
Geneesmiddelenonderzoek richt zich grotendeels op het bepalen van de verwerking van geneesmiddelen in het menselijk lichaam: absorptie, distributie, metabolisme en excretie (ADME). Dit is tijdrovend en kostbaar werk, waarvoor veel proefdieren worden gebruikt. Organs-on-chips zijn zeer veelbelovend om geneesmiddelenonderzoek op een economisch aantrekkelijke wijze te bespoedigen en het gebruik van proefdieren terug te dringen. Het zijn microfluidische chips waarin miniatuurorgaantjes worden gekweekt, (bijvoorbeeld lever, darm, nier), die vervolgens kunnen worden blootgesteld aan geneesmiddelen. Het bepalen van ADME in organs-on-chips wordt bemoeilijkt door het feit dat de geneesmiddelen zich in lage concentraties bevinden in kleine, complexe monsters. Daarnaast verschillen geneesmiddelen onderling chemisch gezien sterk, hetgeen een uitdaging is voor de analytisch-chemische methoden waarmee ze gemeten kunnen worden. Het doel van dit project is het ontwikkelen van een analytisch-chemische workflow die de lotgevallen van een breed scala geneesmiddelen in guts-on-chips kunnen bepalen. We zullen verschillende analytisch-chemische technieken ontwikkelen om dit te realiseren. Hierom richten wij ons op het absorptiegedrag van acht sterk verschillende geneesmiddelen in een gut-on-a-chip model. Om de projectdoelstelling te realiseren is een consortium met experts in het ontwikkelen van analytisch chemische methoden (Hogeschool Leiden, Universiteit Leiden) en apparatuur (Bruker Daltonics), de marktleider in organ-on-a-chip technologie Mimetas en geneesmiddelonderzoekers van het Centre for Human Drug Research opgezet. Stichting Proefdiervrij ondersteunt dit project bij de communicatie. Dit onderzoek brengt docenten en studenten Analytische Chemie van Hogeschool Leiden in contact met innovatief geneesmiddelonderzoek in het Leiden BioScience Park, zodat ze kunnen bijdragen aan het oplossen van de analytisch-chemische uitdagingen waar dit onderzoek zich voor gesteld ziet. Door het ontwikkelen van innovatieve analytisch-chemische technieken zal het gedrag van geneesmiddelen in organs-on-chips beter bestudeerd kunnen worden. Hierdoor zal de brede toepassing van organs-on-chips in geneesmiddelenonderzoek, in het bijzonder die van Mimetas, dichterbij worden gebracht.
