Kunnen modellen zoals organen-op-chips proefdieren vervangen?

Biomedisch onderzoek levert voortdurend nieuwe geneesmiddelen en medische technologie op. Dierproeven zijn momenteel een belangrijke schakel in dat biomedische ontwikkelingstraject, maar staan steeds meer onder druk. Om de gezondheid van mens en dier te blijven verbeteren, ontwikkelen onderzoekers dan ook alternatieven voor proefdieren, zoals organ-on-a-chip modellen.

Proefdiervrije innovaties zijn technieken, methodes en benaderingen in het onderzoek waarbij per definitie geen proefdier wordt gebruikt. Deze technieken kunnen het gebruik van proefdieren overbodig maken of meer kennis opleveren die de relevantie van bestaand proefdieronderzoek vergroot. Ook binnen de regeneratieve geneeskunde worden deze modellen ontwikkeld.

Welke soorten innovatieve modellen worden gebruikt?

Proefdiervrije modellen kunnen worden onderverdeeld in twee categorieën:

1. In vitro modellen

Hiermee wordt onderzoek gedaan naar gekweekte cellen. Dit kunnen bacteriën zijn, maar ook dierlijke of menselijke cellen. Het model kan bestaan uit een laag cellen in een schaaltje, een klompje cellen in vloeistof, of een stukje gekweekt weefsel. De cellen kunnen met behulp van microscopische technieken goed bestudeerd worden. Een groot voordeel van deze modellen is dat ook cellen van patiënten of gezonde vrijwilligers gebruikt kunnen worden. Hieronder staan drie voorbeelden van nieuwe in vitro modellen die nu veel worden toegepast:

a) Geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSCs) zijn stamcellen die nog alle cellen van het lichaam kunnen worden. Deze cellen bieden mogelijkheden voor mechanistisch of therapeutisch onderzoek aan een ziekte, zonder de patiënt daar zelf mee te belasten. Zo kan de functie van cellen van een bepaald orgaan, zoals het hart, nauwkeurig bestudeerd worden.

b) Organ-on-chip bestaat uit één of meerdere kunstmatige kanaaltjes waarin cellen kunnen groeien. Zo kan een weefsel of orgaan (gedeeltelijk) worden nagebootst (zoals een spier, een oog of zelfs hersenen). Doordat er via de kanaaltjes continu vloeistof met voedingsstoffen langs de cellen stroomt, kunnen de cellen functioneren zoals dat ook in een orgaan gebeurt, en kan het effect van verschillende stoffen op de cellen worden onderzocht. Bijna alle soorten cellen uit het lichaam kunnen worden gekweekt in een organ-on-chip en in combinatie met iPSCs zijn de mogelijkheden voor het nabootsen van een orgaan bijna eindeloos. Ook wordt er al gewerkt aan het combineren van meerdere organ-on-chip systemen, zodat ook interactie tussen organen kan worden bestudeerd, en wellicht in de toekomst een heel lichaam.

c) Organoïden zijn opgebouwd uit cellen en zijn een versimpelde versie van een orgaan. Deze kunnen bijvoorbeeld worden gekweekt uit cellen van een patiënt. Zo kan met organoïden eenvoudig worden onderzocht of een patiënt op een bepaalde behandeling zal reageren. Organoïden kunnen ook worden gemaakt met iPSCs of embryonale stamcellen, waardoor er nog meer mogelijkheden zijn om zieke of gezonde weefsels grondig te onderzoeken.

2. In silico modellen

Dit zijn computermodellen die een stukje biologie kunnen nabootsen. Deze modellen kunnen op verschillende biologische niveaus worden gemaakt, bijvoorbeeld van een enkele cel tot een heel lichaam, of de interactie tussen het lichaam en de omgeving. Er bestaan veel verschillende soorten modellen die verschillende soorten onderzoeksvragen kunnen beantwoorden. Er zijn bijvoorbeeld modellen die heel precies de relatie tussen genen beschrijven, terwijl andere soorten beter patronen kunnen vinden in grote hoeveelheden (complexe) data.

In silico modellen kunnen mogelijk ook een bijdrage leveren in het vervangen van dierproeven. Zo kunnen ze leren van resultaten van experimenten, en op basis daarvan helpen om bijvoorbeeld onderliggende ziektemechanismen te ontdekken. Dit kan nieuwe onderzoeksvragen of de opzet van een volgend experiment opleveren. Ook kan het helpen om (pre)klinische studies te verbeteren, uit te breiden, of zelfs te vervangen in de toekomst.

Regelgeving loopt achter

Wat de toepassing van nieuwe modellen lastig maakt, is dat regelgevende instanties nog steeds proefdiertesten eisen als onderdeel van het goedkeuringsproces voor nieuwe geneesmiddelen en behandelingen. Nederland is wel voorloper in de aanpak van de transitie naar proefdiervrije innovaties. Binnen het programma Transitie Proefdiervrije Innovatie (TPI) werken bijvoorbeeld verschillende (overheids)partners samen om hier oplossingen voor te vinden:

Kortom: modellen kunnen een deel van het proefdieronderzoek vervangen, maar helemaal is momenteel niet haalbaar. Wel kunnen we met deze nieuwe modellen fysiologische processen en de werking van mogelijke medicijnen beter bestuderen dan met traditionele celkweekmodellen. Ze zijn beter vergelijkbaar met het menselijk lichaam, en kunnen dan ook helpen bij het verminderen van de afhankelijkheid van proefdieren.

Wil je meer weten over de transitie naar proefdiervrije innovaties? ZonMw heeft in april 2023 een kennisagenda uitgebracht over dit thema. De informatie opgenomen in dit artikel is afkomstig uit dit rapport. 

Lees ook:

Bronnen

• Groeifondsaanvraag voor het Centrum voor Proefdiervrije Biomedische Translatie (CPBT)
• Website van partnerprogramma Transitie Proefdiervrije Innovatie (TPI)