Organoids: miniatuur lab-organen voor mensgericht en proefdiervrij onderzoek

In steeds meer labs worden organoids ingezet voor onderzoek naar ziektes, medicijntesten en zelfs als gepersonaliseerde therapie. Wetenschap zit namelijk midden in de transitie van traditionele dierproeven naar voornamelijk proefdiervrij en mensgericht onderzoek. Organoids zijn een belangrijk voorbeeld van ‘New Approach Methods’ waar we steeds meer mee te maken krijgen.

Wat zijn organoids?

Organoids zijn driedimensionale celkweken die zich in het lab ontwikkelen tot miniatuurversies van menselijke organen, zoals darm, lever, hersenen of huid. Onderzoekers kweken organoids uit stamcellen of cellen uit biopten, puncties of operatierestmateriaal, vaak gecombineerd met bindweefselcellen en collageen voor structuur.

Organoids kunnen zowel gezond weefsel als ziektes nabootsen en doen dat mensspecifieker dan diermodellen. Wel blijven het modelsystemen van meestal één orgaan en ontbreken er dus andere onderdelen van het lichaam.

In tegenstelling tot traditionele 2D-celkweek bevatten organoids meerdere celtypen, een ruimtelijke structuur en complexe interacties, waardoor ze de menselijke fysiologie benaderen. In combinatie met ‘organ-on-a-chip’-technologie worden ze steeds geavanceerder, met controle over voedingsstoffen, geneesmiddelen en zelfs nagebootste bloedcirculatie.

De belangrijkste voor- en nadelen van het gebruik van organoids op een rij:

Organoids: hoe worden ze toegepast?

Organoids bieden een breed inzetbaar model voor fundamenteel én toegepast onderzoek. Je komt ze dus overal tegen, van onderzoekslabs tot farmaceutische bedrijven en academische ziekenhuizen.

Organoids vinden vooral toepassing voor:

• Pathologie door nabootsing van ziektemechanismen in organoids, bijvoorbeeld voor kanker, erfelijke aandoeningen, neurodegeneratie en infecties.
• Medicijnontwikkeling door het testen van werkzaamheid en toxiciteit in menselijk relevant model.
• Patiënt-specifiek onderzoek door organoids te testen op genetische aandoeningen of werkzaamheid van medicatie.
• Regeneratieve geneeskunde om te onderzoeken of organoids als bron te gebruiken zijn voor weefseltransplantatie.

Een recent voorbeeld is de inzet van speekselklier-organoids door het UMC Groningen. Na twintig jaar onderzoek is het gelukt om deze organoids therapeutisch in te zetten bij een kankerpatiënt met beschadigde speekselklieren. Dit is een doorbraak in regeneratieve geneeskunde en laat zien hoe organoids ook klinisch toepasbaar worden.

Voorbeelden van organoids

In principe kun je van elk type orgaan een organoid maken. Sommige onderzoekers combineren zelfs verschillende organoids om situaties van ziekten nog realistischer na te bootsen.

Dit zijn voorbeelden van veelvoorkomende organoids met enkele toepassingen in onderzoek:

Hersenorganoids – Ziekte van Alzheimer, Parkinson, Zika-virus

Longorganoids – Astma, COVID-19, longfibrose

Darmorganoids – Microbioom-interacties, colitis, darmkanker

Leverorganoids – Medicijntoxiciteit, hepatitis, leverfibrose

Nierorganoids – Nefrotoxiciteit, genetische nierziekten

Huidorganoids – Brandwonden, eczeem, wondgenezing

Tumoroids (kankerorganoids) – Gepersonaliseerde kankertherapie, metastasestudies

De ontwikkeling en toepassing van organoids vindt plaats in zowel academische als commerciële instellingen, binnen én buiten Nederland. Veel laboratoria specialiseren zich in specifieke toepassingen, zoals virusonderzoek, kankertherapie of gepersonaliseerde geneeskunde.

Voorbeelden van toonaangevende organisaties die werken met organoids:

• OrganoVIR Labs (Nederland): onderzoekt virus-host-interacties in verschillende humane organoids.
• HUB Organoids (Europa): voortgekomen uit werk van Hans Clevers, levert standaard organoids voor geneesmiddelonderzoek.
• DefiniGEN (Verenigd Koninkrijk): produceert verschillende organoids waaronder lever, darm en ziektemodellen.
• MIMETAS (Nederland, Verenigde Staten en Japan): ontwikkelt ‘organ-on-a-chip’-platforms met o.a. nierorganoids.

Organoids: recente ontwikkelingen en toekomst

De vooruitgang in organoidtechnologie gaat razendsnel. Met organoids beschikt het lab van vandaag over een krachtig en veelzijdig model. De uitdaging ligt nu in verdere standaardisatie en validatie. Maar één ding is zeker: organoids zijn niet langer toekomstmuziek, ze maken nu al het verschil. Nieuwe ontwikkelingen brengen verbeterde kweekmethodes en bredere toepassingen.

Dit zijn de 4 recente trends en innovaties:

1. Genetische editing: met technieken zoals CRISPR kunnen wetenschappers ziektemutaties aanbrengen of corrigeren in organoids.
2. Toevoegen van immuuncellen: integratie van T cellen, macrofagen of dendritische cellen maakt studies naar immuunreacties en immuunziekten mogelijk.
3. 3D bioprinting: met bioprinters kunnen complexe organoidstructuren opgebouwd worden met hoge precisie.
4. Klinische toepassingen: sommige organoids, zoals speekselklier-organoids, zijn therapeutisch inzetbaar in de kliniek.

5 Tips voor juist gebruik van organoids

Het kweken van organoids is uitdagend en vergt expertise. Veel protocollen voor het kweken van organoids zijn online beschikbaar op bijvoorbeeld biomedische literatuurdatabase PubMed.

Doe je voordeel met deze tips om probleemloos goede organoids te kweken:

1. Karakteriseer de cellen: wees zeker van herkomst en eigenschappen van de cellen.
2. Gebruik een geschikte matrix: kies een biomateriaal dat celgroei en -organisatie ondersteunt, bijvoorbeeld een collageen-matrix.
3. Beperk besmettingsrisico’s: werk schoon en bescherm langdurige kweken door een strikt hygiënische onderzoeksmethodiek.
4. Standaardiseer protocollen: verminder batch-variatie door gestandaardiseerde procedures.
5. Meet functionaliteit: bestudeer naast morfologie ook de functionaliteit door gebruik van bijvoorbeeld qPCR, immunohistochemie of cytokinebepalingen.