Hoe mini-longen ons kunnen helpen om het coronavirus te onderzoeken

Geschreven door Mirte Linthorst

Sinds het begin van 2020 heeft het coronavirus de wereld in zijn greep. Iedereen kent wel iemand die het coronavirus gehad heeft of is er zelf ziek van geweest. De grote impact van het virus zorgde ook voor veel aandacht van onderzoekers. Binnen recordtijd werden er vaccins ontwikkeld, maar ook andere onderzoeksvelden maakten een enorme ontwikkeling door. Een voorbeeld hiervan is de ontwikkeling van mini-longen voor onderzoek naar het coronavirus. Maar hoe helpen deze zogenoemde organoïden ons dan eigenlijk in het onderzoek naar virussen? Waarom zijn ze zo’n waardevolle toevoeging? En zouden ze misschien ooit een vervanging kunnen zijn voor proefdieren?

Wetenschappers doen al jaren onderzoek naar virussen. Ze zijn voor het oog onzichtbaar, maar toch altijd onder ons. Ieder jaar opnieuw is er bijvoorbeeld wel een griepgolf en veel mensen krijgen standaard een oproep voor de griepprik. In al die jaren hebben onderzoekers verschillende manieren ontwikkeld om een virusinfectie na te bootsen in het laboratorium, zodat ze beter kunnen begrijpen wat er in het lichaam gebeurt wanneer iemand ziek is. Het nabootsen van een infectie gebeurt bijvoorbeeld door cellen in het lab te infecteren met virussen of, als het gaat over medicijnen en vaccins, proefdieren te gebruiken om de effectiviteit te onderzoeken. Deze manieren van infecties nabootsen kunnen veel informatie geven over virussen, maar hebben ook hun beperkingen. De meeste cellen die onderzoekers in het laboratorium gebruiken, zijn bijvoorbeeld niet precies hetzelfde als de cellen in ons lichaam. Hierdoor weten wetenschappers nooit helemaal zeker of hetgeen wat ze in het laboratorium zien ook precies zo in het lichaam gebeurt. Met proefdieren kunnen wetenschappers vaak al een betere vergelijking maken met de mens, maar ook daar blijven er altijd verschillen bestaan die zorgen voor onzekerheid binnen het onderzoek.

Om dit probleem te overkomen zoeken wetenschappers fanatiek naar nieuwe manieren voor onderzoek. Een van de labs die hard bezig is met het ontwikkelen van betere manieren om het menselijk lichaam na te bootsen voor het onderzoek, is het lab van Hans Clevers. In zijn lab kweekte hij zo’n 15 jaar geleden, per toeval, de eerste ‘mini-orgaantjes’. Minuscule darmen die met het blote oog bijna niet te zien zijn. Ondanks hun kleine omvang, bootsen ze de organen in ons lichaam enorm goed na en zijn de cellen waar ze uit bestaan precies hetzelfde als de cellen die in ons lichaam zitten. Nu, zo’n 15 jaar later, heeft het Clevers lab al veel meer dan alleen mini-darmpjes in kweek die voor veel verschillend onderzoek gebruikt worden. Een voorbeeld hiervan zijn de mini-longen die Jelte van der Vaart, een onderzoeker in het Clevers lab, afgelopen jaar samen met zijn collega’s ontwikkelde om te gebruiken in het onderzoek naar het coronavirus.

Tekening van de bronchiolen en de longblaasjes

Verschil tussen losse cellen en een organoïde: Een celcultuur bestaat uit één soort cel die zich random over de bodem van een schaaltje verspreiden. Een organoïde kan uit meerdere soorten cellen bestaan en de cellen kunnen samen een bepaalde vorm aannemen.

De mini-longen die Jelte ontwikkelde bootsen twee soorten weefsels van de longen na: de bronchiolen en de longblaasjes. Bronchiolen zijn een soort buisjes in de longen die lucht vervoeren naar de longblaasjes. De longblaasjes lijken een beetje op ballonnetjes die ervoor zorgen dat zuurstof uit de lucht opgenomen kan worden in het bloed. De longblaasjes en bronchiolen bestaan ieder uit verschillende soorten cellen. Met de organoïdetechniek groeien wetenschappers de cellen op zo’n manier dat er een goede samenstelling van verschillende cellen ontstaat en ze de buis- en ballonstructuur van de long in 3D nabootsen. Dit is een grote verbetering ten opzichte van de klassieke onderzoeksmethode waarbij wetenschappers maar één soort cel gebruiken voor hun onderzoek. Hoewel de organoïden maar 1 millimeter groot kunnen worden, lijken ze toch al veel meer op de longen in ons lichaam.

Wetenschappers vermoeden dat een coronavirusinfectie in de longblaasjes en bronchiolen kan zorgen voor heftige ontstekingen. Door deze ontstekingen kan ons lichaam de zuurstof minder goed opnemen, wat zorgt voor een zuurstoftekort. ‘We hebben het eerste laagje met cellen dat het virus tegenkomt in de longblaasjes en bronchiolen nagemaakt, hierdoor kunnen we focussen op de vraag: wat gebeurt er op het moment van de eerste infectie,’ vertelt Jelte. Hij en zijn collega’s hebben kunnen aantonen dat het coronavirus dit soort cellen inderdaad makkelijk kan infecteren. Verder hebben ze ook al de eerste stappen gezet in het testen van medicijnen op de mini-longen. Ze testten een medicijn waarvan het vermoeden bestond dat het de verspreiding van het virus zou remmen, dit was inderdaad het geval.

Plaatje uit het artikel van Jelte. Hij en zijn collega’s maken kleine long-organoïden door een paar cellen uit een menselijke long te halen en ze in het lab verder te laten groeien. Vervolgens infecteren de onderzoekers de long-organoïden met het coronavirus, waarna ze met een microscoop kunnen kijken wat er gebeurt met de cellen.

Het testen van medicijnen zoals Jelte dat heeft gedaan, is één van de velden waar organoïden veel kunnen betekenen. Momenteel maken onderzoekers nog veel gebruik van proefdieren, maar de organoïdetechniek is een veelbelovende vervanging. ‘Ik denk dat organoïden bijna volledig proefdieren kunnen verruilen. Als je kijkt naar het onderzoek wat we tot nu toe al doen met de mini-organen, doen we dit al voor veel dierproeven. Ik verwacht niet dat we helemaal zonder kunnen, omdat we vooral kijken naar de cellen die geïnfecteerd worden door het coronavirus. Cellen van ons immuunsysteem reageren hier weer op en deze reactie moeten we bijvoorbeeld ook kunnen bekijken, hier heb je waarschijnlijk wel proefdieren voor nodig’, vertelt Jelte. De eerste stappen in het onderzoek naar nieuwe of al bestaande medicijnen en hun effect op een ziektebeeld kunnen wetenschappers dus heel goed testen met de mini-organen. Pas bij de volgende stappen in het onderzoek naar hun effectiviteit komen proefdieren weer om de hoek kijken.

Mini-organen kunnen in het onderzoek naar virussen en medicijnen dus veel betekenen, vooral omdat ze zo lijken op de weefsels in ons eigen lichaam. Dit zorgt ervoor dat we de vertaalslag naar het menselijk lichaam makkelijker kunnen maken. Maar niet alleen in deze velden wil Jelte de techniek toepassen, hij hoopt bijvoorbeeld ook dat het in toekomst gebruikt kan worden in orgaantransplantatie. Al met al lijken deze zogenoemde mini-organen een veelzijdige toekomst tegemoet te treden en is de kans groot dat we er nog veel meer over gaan horen!

Bronnen

https://www.embopress.org/doi/full/10.15252/embj.2020105912

https://www.hubrecht.eu/nl/model-ontwikkeld-voor-onderzoek-naar-sars-cov-2-infectie/

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8272930/

Interview met Jelte van der Vaart (12-10-2021)