Sneller en beter medicijnen testen via ‘organ-on-a-chip’

Personalized medicineHet is lastig te voorspellen welke effecten een nieuw geneesmiddel heeft op het menselijk lichaam. Medicijnen worden vrij generiek ontwikkeld en geproduceerd, waarbij het voor de ene patiënt blijkt te werken en voor de andere niet. Beter zou het zijn als patiënten gepersonaliseerde medicijnen kunnen krijgen, toegespitst op hun specifieke, genetisch profiel. Verschillende bedrijven in binnen- en buitenland zijn bezig om deze oplossing daadwerkelijk te realiseren.

Geneesmiddelenonderzoek blijft nog steeds veel budget vergen van farmabedrijven en onderzoeksinstituten. Nieuwe trends als lab-on-a-chip zijn echter veelbelovend. Onderzoekers van BIOS, de lab-on-a-chip vakgroep van onderzoeksinstituut MESA+ (Universiteit Twente), werken hard aan nieuwe toepassingen. Dat heeft al geleid tot een vruchtbaarheidstest voor mannen en een chip waarmee manisch depressieve mensen hun eigen medicijngebruik kunnen controleren. Er wordt ook gewerkt aan een nanopil die kanker in de dikke darm kan ontdekken.

Albert van den Berg, hoogleraar sensorsystemen voor biomedische en milieutoepassingen aan de Universiteit Twente, is een pionier op het gebied van lab-on-a-chip en micro-fluïdica. Hij kreeg in 2009 een Spinozapremie voor zijn onderzoekswerk. Gevraagd naar de ontwikkelingen in zijn vakgebied zei hij eerder dit jaar in een gesprek met de Delftse Studievereniging Nanobiology Hooke: “We zijn erg druk met organs-on-a-chip waar we nog een aantal jaar mee vooruit kunnen. Daarnaast zouden we veel bio-inspired projecten kunnen doen door bijvoorbeeld flagellen te onderzoeken (lange eiwitdraden en ook antigenen) en de technologie hiervan te gebruiken voor andere toepassingen. Tenslotte denk ik aan versnelde evolutie: gene-editing, een technologie die ongelooflijke beloftes voor synthetische biologie inhoudt.”

Het Nederlandse biotechbedrijf Mimetas is al een paar stappen verder. Het bedrijf combineert de vakgebieden micro-fluïdica en 3D-celkweek. Hun organ-on-a-chip modellen blijken veel betere voorspellers dan diermodellen of standaard 2D-modellen. “Cellen op een tweedimensionaal kweekplaatje zijn geen natuurgetrouwe nabootsing van menselijke weefsels en de effecten van medicijnen op dieren zijn niet hetzelfde als op mensen”, vertelt Jos Joore, samen met Paul Vulto mede-directeur van Mimetas. “Met onze technologie voegen we extra functionaliteit toe aan het klassieke celkweken en brengen we cellen in een omgeving waarin ze normaal ook thuishoren en weefsels vormen, organen of specifieke functies van organen. Ons doel is om op die manier celmodellen te maken die lijken op het weefsel dat ook in het menselijk lichaam zit.”

Organ-on-a-chip
De door Mimetas ontwikkelde technologie moet het gebruik van proefdieren in de toekomst goeddeels overbodig maken, is tijds- en kostenbesparend en maakt ‘personalized medicine’ mogelijk, toegespitst op de individuele patiënt. De technologie is ontwikkeld met hulp van onder andere de WBSO-regeling, die door RVO.nl wordt uitgevoerd. Joore: ”Wij zijn in staat kleine 3D-stukjes menselijk weefsel te maken en functies van organen na te bootsen in een OrganoPlate, een geavanceerde 3D-kweekplaat, gebaseerd op de standaardplaten voor biomedisch onderzoek. Hierdoor zijn resultaten goed uit te lezen en kunnen veel tests worden gedaan. Het weefsel bestaat uit verschillende celtypen (net als in organen) en kan worden voorzien van een bloedstroompje. Door geneesmiddelen toe te dienen aan dit weefsel kunnen we de effecten van die middelen op mensen veel beter voorspellen. Dat komt onder andere doordat cellen onderling beter communiceren en interacties aangaan in onze platen. Bij het kweken van weefsels in de micro-fluïdische devices (in feite kleine vloeistofkanaaltjes) spelen deze biologische interacties tussen cellen een belangrijke rol.”

Kant-en-klaar product
Behalve Mimetas is wereldwijd een tiental bedrijven met deze ontwikkelingen bezig, zoals in Europa TissUse (Duitsland) en InSphero (Zwitserland). In Nederland bestaan enkele academische initiatieven en vooral in de Verenigde Staten is organ-on-a-chip een hot item, waarin miljoenen worden geïnvesteerd, met Emulate Biosciences uit Boston als koploper. Het in California gevestigde Organovo gebruikt een iets andere methode waarbij weefsels worden geprint.

Mimetas heeft inmiddels al wel een kant-en-klaar product gerealiseerd, waarmee eindgebruikers (farmaceutische industrie en biologische onderzoekers) direct aan de slag kunnen zonder concessies te hoeven doen aan de complexiteit en de fysiologische relevantie van de modellen die voor hun onderzoek nodig zijn. “Onze platen zijn volledig compatibel met hun microscopen en robots”, zegt Joore. “Binnenkort kunnen we duizenden miniatuur orgaantjes op één plaat aanbrengen, zo kun je veel verschillende stoffen testen op modellen die relevant zijn voor de mens.”

‘Doosje muizen’
Joore licht de stormachtige ontwikkeling toe die zijn bedrijf doormaakt. “We begonnen met het maken van custom made (cel)modellen in OrganoPlates voor de farmaceutische industrie. Vervolgens verkochten we deze platen en nu zijn we bezig met de derde fase: het vervaardigen van OrganoPlates waar het weefsel al in zit. Gebruiksgemak is zowel voor de farmaceutische industrie als in het academisch onderzoek belangrijk. Farmabedrijven die geneesmiddelen willen testen, zijn nu nog gewend om een ‘doosje muizen’ te bestellen. Als we de modellen alvast laten voorgroeien hoeft de farmaceut of onderzoeker alleen nog een medicijn toe te voegen en uitlezing te doen. Ons einddoel, de vierde fase, is het maken van persoonlijke weefsels. Als we van een persoon het zieke weefsel of orgaan kunnen namaken en hierop medicijnen testen, dan is medicatie nog beter af te stemmen en zijn de effecten van de medicijnen al duidelijk voordat de arts ze toedient. Daarmee betreden we het terrein van personalized medicine.”

Het einde van de blockbusters?
Het ontwikkelen van personalized medicine vormt een interessant nieuw krachtenveld met de farmaceutische industrie die nu vooral leeft van ‘blockbusters’ zoals bloeddrukverlagers en statines. Joore: “Daarmee heb je tijd om te experimenteren, maar bij aandoeningen zoals kanker heb je die tijd niet. Daarvoor zijn weefselmodellen nodig die gebaseerd zijn op het weefsel van de individuele patiënt, zodat voorspellingen mogelijk zijn over werkzaamheid en mogelijke bijwerkingen voordat iemand ook maar één pil slikt. Geen enkel farmabedrijf zal echter zeggen: ‘Wij gaan het winstgevende blockbustermodel verlaten’. Personalized medicine lijkt zo op gespannen voet te staan met hun huidige businessmodel. Ik zie het echter als een van de manieren om de toekomst van farma op een andere manier zeker te stellen. Vergelijk het met de olie-industrie en de elektrische auto: het zal toch linksom of rechtsom gebeuren.”

Huisartsen en apothekers
Bij de ontwikkelingen zijn niet alleen de ‘farmareuzen’ betrokken. “In de toekomst zou ook de rol van huisarts en apotheker kunnen veranderen”, stelt Joore. “Tests zoals wij nu ontwikkelen zouden in de toekomst bij de huisarts terecht kunnen komen, dat is nu nog vrij complex labwerk met specifieke uitlezingen en kweekmethodes. Maar op een gegeven moment zou dit in gespecialiseerde diagnostische labs kunnen worden uitgevoerd en wellicht op langere duur ook in vereenvoudigde vorm in een huisartsenlab of bij de apotheker. In het bijzonder de rol van de apotheker, bij uitstek de adviseur voor het best geschikte middel, zou hiermee een interessante wending krijgen.”

Toezichthouders
Ook de toezichthouders in de zorg zijn belangrijke stakeholders. Joore: “Zij hebben maar een belang: veiligheid. Vanuit die optiek opereren zij inherent conservatief, al zien ze ook wel in dat zij met de huidige proefdier- en celkweektesten lang niet alle onheil kunnen voorkomen. EMA en FDA zitten op het vinkentouw en komen zelfs naar ons toe. Uiteindelijk moeten zij een uitspraak doen of de op onze technologie gebaseerde tests veilig zijn of niet. Dat is een langdurige zaak die veel bewijslast en onderzoek vergt, maar als je die ‘doos met muizen’ wilt vervangen moet je tijdig met relevante data komen. Daarom zijn we het gesprek vroeg aangegaan, zo ontstaat een open discussie.” En dat is in ieders belang, maar uiteindelijk vooral in dat van de belangrijkste stakeholder: de patiënt.”  ❦

Financiering
Medische innovaties zijn volgens Joore niet mogelijk zonder de overheid. “Zeker in de eerste fase, omdat het geld in dat stadium niet erg los zit bij investeerders. Gelukkig konden wij via RVO.nl gebruikmaken van de WBSO (fiscale regeling voor R&D), het Innovatiekrediet en Eurostars (subsidie internationale marktgerichtheid R&D). Technologiestichting STW kende ons in 2013 een Valorisation Grant van 225.000 euro toe. In de Verenigde Staten en Europa zoeken we investeerders. We voeren verkennende gesprekken met diverse investeerders die ons bedrijf nu op de radar hebben. Maar het geld komt nu nog voor het overgrote deel van de farmaceutische industrie en hieraan gerelateerde onderzoeksfinanciering.”

Eigen fabriek
Mimetas, met 40 werknemers in dienst en de hoofdvestiging in Leiden, werkt nauw samen met het Leiden Academic Centre for Drug Research. Daarnaast wordt samengewerkt met diverse kenniscentra waaronder de universiteiten van Nijmegen en Utrecht, het Erasmus MC en het LUMC. Een eigen fabriek in Twente maakt de OrganoPlates. “Niet omdat we zo graag een fabriek willen hebben”, licht Joore toe, “maar omdat ons product gemaakt wordt volgens een uniek proces waarvoor we niet bij een ander terecht konden. Onze cleanroom-productie is nagenoeg volledig geautomatiseerd. De apparatuur is specifiek aangepast voor dit proces en nergens anders te vinden. In de Verenigde Staten, nabij Washington en het Johns Hopkins Hospital, zit het overzeese deel van ons bedrijf waar aan business development en biologisch onderzoek wordt gedaan.”

Tekst: Walter Wijnhoven

 

 

Gerelateerde berichten

Auteur: redactie
Categorie: 2016
Tags: , , ,

Plaats een Reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Verplichte velden zijn gemarkeerd met *