Niermodellen bioprinten in het lab

Carlos komt uit Portugal, waar hij engineering studeerde aan de Universiteit van Aveiro en het Polytechnisch Instituut van Leiria. Na zijn studie promoveerde hij aan de Universiteit van Pisa in Italië. "Ik was altijd erg enthousiast over wetenschap en de projecten waar andere professoren aan werkten," zegt hij. "Tijdens de laatste zes maanden van mijn PhD liep ik stage aan de Universiteit Twente. Later richtten enkele van deze professoren uit Twente het MERLN-instituut op in Maastricht. Toentertijd konden we in Twente niets met bioprinten doen. We kregen hier de kans voor in Maastricht, omdat er regionale financiering was om een nieuw onderzoeksinstituut en nieuwe onderzoekslijnen op te zetten. De professoren boden mij een baan aan, dus sinds de oprichting van MERLN in 2014 werk ik hier. Ik heb het onderzoek naar bioprinten de afgelopen jaren aanzienlijk kunnen uitbreiden met nieuwe technologieën en projecten."

Nieren bioprinten

Carlos heeft aan verschillende onderwerpen gewerkt, maar altijd binnen engineering en biologie. "Tijdens mijn PhD was ik bezig met 3D-printtechnologie voor botten en kraakbeen," zegt hij. "Toen ik in Maastricht begon, richtte ik me meer op bioprinten, waarbij je implantaten van weefsel of in vitro-modellen kan maken. Ik zag veel potentie voor verschillende toepassingen en probeerde uit te zoeken met welke weefsels ik wilde werken. Daarom nam ik deel aan een paar conferenties. De meest inspirerende werd georganiseerd door een professor van de Universiteit van Liverpool. Hierdoor ontstond mijn interesse voor de nieren.”

Hij begon met het NEPHRON-onderzoek, waarin hij een volwaardig in vitro-niermodel maakt met geavanceerde bioprinttechnologie. "Een nefron is de filtratie-eenheid van de nier en speelt de belangrijkste rol in het orgaan," legt Carlos uit. "Nieren bestaan uit miljoenen nefronen. We gebruiken bioprinttechnologie om de groei van die nefronen te moduleren. In 2019 kreeg ik een beurs van de Nederlandse Nierstichting, sindsdien doe ik hier onderzoek naar. Ik maakte toen organoïden van nieren van geïnduceerde pluripotente stamcellen. Dit betekent dat je volwassen cellen (bijvoorbeeld van de huid) neemt en ze naar een pluripotente staat brengt. Vanuit daar kan je het weefsel of orgaan maken dat je wil. Zo kan je organoïden maken: structuren met dezelfde cellen als het volledige orgaan, die nog niet helemaal volgroeid of functioneel zijn. Een van de knelpunten van organoïden is dat ze stoppen met groeien als je ze in vitro kweekt. Dan krijg je dus geen volledig volgroeid orgaan. De verwachting is dat we met bioprinten uiteindelijk een functioneel orgaan kunnen maken.”

Behandeling

Deze in vitro-modellen zijn klinisch relevant voor onderzoek naar nierziekten. "Als een patiënt een specifieke behandeling moet ondergaan, kunnen we die stoffen testen met deze modellen en kijken of ze helpen tegen de ziekte," legt Carlos uit. "Dan hoeven we geen dierproeven te doen. In de toekomst kunnen we kijken naar een gepersonaliseerd in vitro-model, gemaakt van cellen van de patiënt zelf, om onderzoek te doen naar de ziekte en behandeling. We kunnen ook kijken naar behandelingen waarbij we een orgaan volledig vervangen, of waarbij we een extra orgaanstructuur gebruiken om de functie van de huidige organen aan te vullen. Dit zou een optie kunnen zijn voor patiënten van wie de eigen nieren nog gedeeltelijk werken.”

Beurs

Carlos besloot de ERC Consolidator Grant aan te vragen. "Tijdens het gesprek heb je altijd gemengde gevoelens," lacht hij. "Het is die onzekerheid: heb je het wel of niet goed gedaan? Daarna ging ik naar Japan voor een conferentie. Vanwege het tijdsverschil sliep ik toen de e-mail over de beurs werd verstuurd. ’s Ochtends werd ik wakker en had ik allemaal berichten gekregen van mensen die me feliciteerden. Toen zag ik in mijn mailbox het bericht over de beurs. Het was een geweldig gevoel.”

Wat hoopt Carlos te bereiken met zijn onderzoek? "Als we organoïden kunnen maken die verder volgroeid zijn en die we langere tijd in vitro kunnen kweken, zou dat al een heel goed resultaat zijn”, zegt hij. “Er is nog veel onbekend over hoe we dit orgaan kunnen laten groeien, hoe we het kunnen laten functioneren en of we het moeten rijpen voordat we het implanteren of niet. Ik hoop enkele vragen te kunnen beantwoorden en toekomstige stappen richting het bioprinten van nieren te visualiseren."

Tekst: Joëlle van Wissen