Het bouwen van complexe in-vitro modellen

Wieringa: “Mijn onderzoek gaat vooral over het ontwikkelen van modellen die de weefselomgeving, met de bijbehorende zenuwverbindingen, nauwkeurig nabootsen. Die zenuwverbindingen, waardoor signalen van en naar spieren, organen en andere weefsels worden gestuurd of ontvangen, zijn essentieel om het lichaam te laten functioneren en om communicatie tussen de hersenen en lichaamsdelen mogelijk te maken. Neem het bewegen van een bepaalde spier: wanneer je denkt aan bewegen, gaan er signalen van je hersenen via het ruggenmerg naar motorische zenuwcellen die vervolgens de spieren activeren. Gevolg: de spier beweegt. Om naar dit soort interacties te kunnen kijken, bouw ik systemen die ons helpen te begrijpen hoe die interacties lopen. Met deze systemen kunnen we ook zien welke mechanismen betrokken zijn bij ziekten. In het verleden is onderzoek van het zenuwstelsel soms wat simpel gedaan door bepaalde zenuwen door te snijden en te kijken wat er gebeurt. Maar als je de verbinding kapot maakt kun je het zenuwstelsel niet bestuderen. Zenuwen vertakken zich en hebben veel interacties. Als je de zenuw doorsnijdt, weet je niet wat je echt onderzoekt.

Ik werk aan een universeel in-vitro systeem, op basis van een soort LEGO-bouwsteentjes. Hiermee kun je plug-and-play, in een driedimensionale omgeving, verschillende zenuwen en weefsels met elkaar combineren, ze samen laten groeien en vervolgens de reacties observeren. Bij het bestuderen van diabetes kun je zo bijvoorbeeld onderzoeken hoe bepaalde groepen zenuwen mogelijk in contact komen met de insuline producerende bètacellen in de alvleesklier. Insuline is een belangrijk hormoon dat helpt om de bloedsuikerspiegel in het lichaam te reguleren. Bij mensen met diabetes werkt dit proces niet goed, wat leidt tot hoge bloedsuikerwaarden. Voor ons is het belangrijk om de signalen te bestuderen die weefsels ontvangen en uitzenden om hun functies en de mechanismen van ziekten beter te begrijpen.

Een ander voorbeeld van interactie in weefsel, dat we samen met onderzoekers van GROW bestuderen, is die tussen zenuwuitlopers en endometriumweefsel dat bij patiënten met endometriose onbedoeld in de darmwand of eierstok terechtkomt. We onderzoeken hoe hier pijnneuronen worden geactiveerd, hoe ze in dit weefsel groeien waar ze eigenlijk niet horen, en wat de interacties zijn tussen dat weefsel en de zenuwuitlopers. We hopen ook te achterhalen waarom sommige patiënten pijn ervaren en anderen niet.

Daarnaast werk ik aan een nieuw weefselmodel voor de eileider, een ‘eileider-on-a-chip’, ook in samenwerking met GROW. Dankzij ERC-financiering voor dit project kan ik mijn in-vitromodellen verder optimaliseren en kan ik platforms ontwikkelen om beter te gegevens te kunnen verzamelen en analyseren. Daarnaast heb ik ook een geavanceerde microscoop kunnen aanschaffen. In IVF-trajecten is het kweekmedium dat wordt gebruikt niet een nauwkeurige nabootsing van de werkelijke omstandigheden in de eileider, waar de eerste celdelingen na de bevruchting plaatsvinden. We weten wel het nodige uit studies met dieren, maar er is nog veel onbekend over hoe het bij mensen gaat. Natuurlijk zijn er ethische beperkingen om menselijke voortplanting te onderzoeken. Daarom hebben we een betrouwbaar model nodig als alternatief. Hoewel we nog in een vroeg stadium zitten van dit onderzoek, hopen we met ons model beter te begrijpen wat er precies in de eileider gebeurt. Het zou geweldig zijn als onze bevindingen straks in de kliniek kunnen zorgen voor betere IVF-behandelingen.”

Wieringa: “We hebben een paar veelbelovende ideeën die direct interessant kunnen zijn voor klinische toepassing – en dus voor verbetering van de patiëntenzorg, maar het vinden van de juiste financiering hiervoor is een uitdaging. Een van de redenen waarom we van de Universiteit Twente naar Maastricht zijn verhuisd, is de unieke connectie die we hier hebben met het ziekenhuis. Die combinatie motiveert me om steeds na te denken over de impact van ons werk. Hoewel ik trots ben op mijn in-vitro systemen en de engineering-kant die erbij komt kijken, blijft altijd de wens om ook klinische impact te maken.

Op dit moment ligt mijn impact vooral in de technologie en het creëren van nieuwe, tot nog toe niet-bestaande in-vitro omgevingen. Samen met een onderzoeker in Gent heb ik een innovatieve technologie ontwikkeld die werkt als een sjabloon om complexe 3D-structuren met cellen te maken. We proberen dit beschikbaar te maken voor andere onderzoekers waardoor ook klinische toepassingen dichterbij komen. Als dat lukt, hebben we echt een brede impact.

Wat betreft het in-vitro aspect kijk ik met enthousiasme uit naar de ontdekkingen die we zullen doen. Onderzoek begint vaak met een idee, en de resultaten kunnen dat idee bevestigen of verwerpen, en dat zorgt weer voor een dieper begrip van de interacties. Mijn onderzoek naar de zenuwverbindingen en de dynamiek in de eileider zijn relatief nieuw, waardoor de uitkomsten straks ook des te verrassender zullen zijn. Maar in feite is vrijwel elke vraag die ik onderzoek, nog nauwelijks bestudeerd. Dit zie ik ook bij mijn studenten, die met de nieuwe microscoop kunnen werken. Dat leidt vaak tot onverwachte inzichten en bijzondere ontdekkingen van zaken die tot nu toe verborgen waren”.

¹De term 'on a chip' verwijst naar kleine laboratoriumsystemen die biologische omgevingen nabootsen op een heel klein chipje, vaak van silicium. Met deze systemen kunnen onderzoekers cellen, weefsels of organen bestuderen in een gecontroleerde, verkleinde versie van de echte situatie.

Tekst: Eline Dekker
Foto: Joey Roberts