Een model van de menselijke darm die niet alleen levende cellen kan huisvesten, maar ook de ritmische beweging van het echte orgaan kan reproduceren. Dit is de innovatie die een groep onderzoekers van de Universiteit van Pisa samen met het Brigham and Women’s Hospital en de Harvard Medical School in Boston heeft ontwikkeld: een bioreactor die de darmperistaltiek en de mechanische spanningen imiteert waaraan cellen in het menselijk lichaam dagelijks worden blootgesteld.
De studie, gepubliceerd in het tijdschrift Results in Engineering, opent niet alleen belangrijke perspectieven voor onderzoek naar darmziekten en voor de ontwikkeling van nieuwe medicijnen, maar ook voor een steeds centralere doelstelling in de hedendaagse wetenschap: het geleidelijk terugdringen van het gebruik van proefdieren.
Het apparaat is gemaakt door de biofabricagegroep gecoördineerd door professor Giovanni Vozzi van de afdeling Informatietechnologie en het onderzoekscentrum “E. Piaggio” van de Universiteit van Pisa, in samenwerking met professor Yu Shrike Zhang van het Brigham and Women’s Hospital en de Harvard Medical School.
Hoe de nieuwe bioreactor werkt
Ons doel was om de beperkingen te overwinnen van de modellen die vandaag de dag beschikbaar zijn, die de darmomgeving slechts gedeeltelijk reproduceren – legt professor Giovanni Vozzi uit. We hebben aangetoond dat de mechanische beweging van de darm geen eenvoudig fysiologisch detail is, maar een essentiële factor om de ontwikkeling van een realistischer weefsel te sturen. Het hebben van modellen die het gedrag van de menselijke darm getrouw nabootsen, betekent dat we ziekten nauwkeuriger kunnen bestuderen, de effectiviteit van nieuwe medicijnen kunnen evalueren en het gebruik van dierproeven geleidelijk kunnen verminderen.
@UNIPI
Het apparaat dat is ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Pisa, samen met Brigham and Women’s Hospital en de Harvard Medical School, is een bioreactor die is ontworpen om in het laboratorium omstandigheden te creëren die veel meer lijken op die van de echte menselijke darm.
In tegenstelling tot traditionele statische celculturen onderwerpt het systeem de cellen aan ritmische mechanische spanningen die de peristaltiek nabootsen, d.w.z. de samentrekkingen waardoor de darm de inhoud ervan kan verplaatsen. Deze stimulus is niet secundair: onderzoekers hebben waargenomen dat het de spontane organisatie van cellen in driedimensionale structuren vergelijkbaar met darmvlokken bevordert, waardoor het weefsel realistischer wordt.
Het systeem weet bovendien cellen minimaal 28 dagen levensvatbaar te houden, heeft een modulaire architectuur en relatief lage bouwkosten. In perspectief zou het kunnen worden gekoppeld aan andere biologische modellen, zoals die van de darmmicrobiota, om complexere systemen te reconstrueren die in staat zijn de interacties tussen de darm, het hart en de hersenen te simuleren.
@Wetenschap Direct
De implicaties voor een meer ethische wetenschap
Het meest ethisch relevante aspect is de mogelijkheid om bij een deel van de experimenten meer geavanceerde menselijke modellen te gebruiken in plaats van dieren. Tegenwoordig maken veel onderzoeken naar ziekten, toxiciteit en nieuwe medicijnen nog steeds gebruik van diermodellen, omdat eenvoudige celculturen de complexiteit van een levend orgaan niet kunnen reproduceren. Een bioreactor die de fysiologie van de darm beter kan imiteren, kan in plaats daarvan gegevens bieden die directer op mensen betrekking hebben en het mogelijk maken dat sommige tests zonder gebruik van dieren worden uitgevoerd, of om het aantal dieren in de daaropvolgende fasen van het onderzoek te verminderen.
Dit perspectief valt binnen het principe van ‘3R”: Vervanging, d.w.z. dieren vervangen als er betrouwbare alternatieve methoden bestaan; Afnameverminder hun aantal; En Verfijning, pijn en lijden beperken wanneer het gebruik ervan noodzakelijk blijft. Het gaat dus niet om het onmiddellijk uitbannen van alle vormen van dierproeven, maar om het geleidelijk beschikbaar stellen van instrumenten waarmee onderzoek minder afhankelijk kan worden van dieren en tegelijkertijd kan worden gewerkt aan modellen die dichter bij de menselijke biologie staan.
