Kweekhuid als proefdiervrij testmodel voor onderzoek naar brandwonden

Het model is een belangrijk alternatief voor veelal omstreden dierproeven. Door op dit gekweekte huidmodel een brandwond aan te brengen, kunnen onderzoekers verschillende testen uitvoeren om de wondgenezing te bestuderen. Zo kunnen zij het effect van (nieuwe) geneesmiddelen testen om deze vervolgens zo snel als mogelijk voor brandwondpatiënten in te zetten.

Onderzoek brandwonden en wondgenezing

Het menselijk lichaam reageert complex op brandwonden. Verschillende systemen kunnen de reactie op een brandwond namelijk beïnvloeden, waaronder het immuunsysteem en de stofwisseling.

Om dat goed te kunnen onderzoeken is een levend organisme of zijn weefsel en cellen nodig. Voor een betere behandeling van brandwonden is het van belang om meer te weten te komen over:

• wondgenezing
• ontsteking
• infecties
• littekenvorming

Dit is de opmaat naar nieuwe geneesmiddelen die de wondgenezing versnellen en littekenvorming verminderen. Voor brandwondpatiënten betekent dat een kortere ligduur in het ziekenhuis en minder complicaties. Dit onderzoek wordt ondersteund door de Nederlandse Brandwonden Stichting en Stichting Proefdiervrij.

Complexe regelgeving bemoeilijkt patiëntenonderzoek

Onderzoek bij brandwondpatiënten is lastig vanwege de complexe regelgeving. Onderzoekers kunnen bloed en biopten, zoals verbrande huid, niet zomaar bestuderen. Zo is goedkeuring nodig van onder andere de Medische Ethische Toetsings Commissie (METC).

Ook moet elke betrokken patiënt bekend zijn met het onderzoek en goedkeuring geven om hieraan mee te werken. Naast de regelgeving wordt onderzoek bij patiënten bemoeilijkt door het plotselinge ontstaan van brandwonden. De waardes van vlak voor het brandwondenletsel, de baseline metingen, ontbreken daarom en daarmee het vergelijkingsmateriaal.

Ook de variatie tussen patiënten en hun brandwonden maakt het vergelijken per casus lastig. En zelfs als er goedkeuring van patiënten is, spelen trage inclusies vanwege het een geringe aantal patiënten per jaar het onderzoek parten Het is daarom logisch dat onderzoekers naar alternatieven zoeken voor het traditionele onderzoek.

Onderzoek met proefdieren relevant maar ethisch onwenselijk

Zijn proefdieren dan de juiste manier om onderzoek te doen? Biologisch gezien zijn dierproeven heel relevant en kunnen deze experimenten bijdragen aan een beter begrip van brandwonden. Een groot voordeel van experimenten met dieren ten opzichte van onderzoek bij mensen is dat dierproeven goed te standaardiseren zijn.

Je kunt bij dieren namelijk steeds dezelfde soort brandwond aanbrengen, bijvoorbeeld een contactverbranding met een soldeerbout van 80 °C. Hierdoor ontstaat zo min mogelijk variatie in de experimenten. Daarnaast zijn de resultaten gemakkelijk vergelijkbaar met baselinewaardes of een geschikte controlegroep.

Alhoewel onderzoek bij dierproeven met een rechtvaardige onderzoeksvraag en een juiste opzet toegestaan zijn, zijn steeds meer ethische bezwaren ontstaan bij de uitvoering hiervan. Genoeg reden om, waar mogelijk, te werken aan het vervangen, verminderen en verfijnen van dierexperimenten, de zogeheten 3Vs.

Proefdieren geen ideale modeldieren …

Een andere beperkende factor van proefdieronderzoek is dat dieren belangrijke verschillen vertonen met de mens. Onderzoek naar brandwonden gebeurt veelal met knaagdieren, zoals ratten en muizen.

Echt geschikt om de reactie op brandwonden na te bootsen zijn die niet vanwege verschillen in:

• de genetische opbouw
• het afweersysteem
• de samenstelling van cellen

Zo verloopt ook de wondgenezing en littekenvorming bij deze knaagdieren anders dan bij mensen. Die genezing verloopt voornamelijk door het samentrekken van de wondranden, terwijl dit bij mensen gebeurt door het opvullen van de wond met nieuwe huidcellen. Hierdoor houden knaagdieren ook minder littekens over dan mensen.

Proefdieren die betere gelijkenissen vertonen met de mens zijn bijvoorbeeld varkens. Maar experimenten met deze dieren zijn erg kostbaar en is vaak maar toegestaan op een klein aantal.

Proefdieren zijn ook vrij steriel gehuisvest waardoor de afweer van deze dieren anders is dan in een normale omgeving door de afwezigheid van ziekteverwekkers. Het is dus tijd voor onderzoek met een model dat beter lijkt op de mens, zonder gebruik te maken van dieren.

Kweekhuid als proefdiervrij alternatief

Het gebruik van kweekhuid is een veelbelovend alternatief voor dierproeven. Omdat kweekhuid gemaakt is van menselijke cellen wordt de juiste studiepopulatie onderzocht. Met kweekhuid als model kunnen onderzoekers dus bestuderen hoe menselijke cellen reageren op bepaalde omstandigheden of stimuli.

Kweekhuid kent al toepassingen in het onderzoek naar huidziekten waaronder kanker, psoriasis en atopische dermatitis. Daarnaast zijn deze modellen ook geschikt voor cosmetisch onderzoek. Dit mag sinds 2013 al niet meer met proefdieren.

Huidbiopten en proefdieronderzoek versus kweekhuidonderzoek

De modellen van kweekhuid bieden inmiddels een belangrijk proefdiervrij alternatief voor onderzoek naar brandwonden. Net zoals bij proefdieren zijn experimenten met kweekhuid gestandaardiseerd en zijn de juiste controles beschikbaar, zoals niet verbrande modellen. Daarnaast zijn de ethische bezwaren ook drastisch minder en zijn de regels voor gebruik een stuk soepeler.

Huid kweken met keratinocyten en fibroblasten

Hoe kweek je huid? Hiervoor zijn de 2 belangrijkste huidcellen nodig, de zogeheten keratinocyten en de fibroblasten. Een veelgebruikte methode om deze cellen te verkrijgen is het isoleren van deze cellen uit huidrestanten van chirurgische ingrepen, zoals buikwandcorrecties.

De volgende stappen zijn van toepassing om huidcellen te verkrijgen:

1. Afsnijden van de toplaag van de huid met behulp van een dermatoom (elektrisch chirurgenmes)
2. De bovenste huidlaag, de epidermis, scheiden van de daaronder gelegen huidlaag, de dermis, met behulp van het enzym dispase
3. Keratinocyten isoleren uit de epidermis door deze laag in kleine stukjes te knippen en het te behandelen met het enzym trypsine.
4. Fibroblasten verkrijgen uit de dermis door deze laag in kleine stukjes te snijden en het enzym collagenase hieraan toe te voegen.
5. De keratinocyten en fibroblasten direct gebruiken voor het maken van een huidmodel of opslaan in vloeibare stikstof tot gebruik.

Voor het kweken van het huidmodel zijn de volgende stappen nodig:

1. Breng de fibroblasten aan op een matje gemaakt van collageen. Dit collageen-matje biedt houvast voor de cellen. Een medium met voedingsstoffen voedt deze cellen en zorgt dat ze groeien en een dermis vormen.
2. Voeg de keratinocyten na vier dagen toe aan het collageenmatje met de fibroblasten. De keratinocyten zullen ook gaan hechten aan het matje.
3. Na zeven dagen is het tijd om de bovenkant van het model bloot te stellen aan de lucht (air-exposed). Door de blootstelling aan de lucht, zoals ook bij echte huid, kan de epidermis zich vormen.
4. Na ongeveer 22 dagen is de kweekhuid ontwikkeld en is deze klaar voor gebruik in experimenten.

Voordelen van kweekhuid voor brandwondenonderzoek

Door een brandwond aan te brengen op kweekhuid is het mogelijk om wondgenezing te bestuderen. Het huidmodel dient ook als basis voor onderzoek naar ontsteking, infecties en littekens bij brandwonden.

De ontstekingsreactie bij brandwonden is na te bootsen door ontstekingscellen aan het model te voegen. Infecties nabootsen kan door bacteriën toe te voegen aan het model.

Dit huidmodel is ook een middel om geneesmiddelen te kunnen testen. Met als doel tot een betere behandeling van brandwonden te komen. Kortom, kweekhuid biedt genoeg mogelijkheden voor onderzoek naar brandwonden.

Nadelen van kweekhuid

Helaas kleven eraan het gebruik van kweekhuid ook nadelen. Zo is drie weken kweektijd best lang wachten om een experiment in te kunnen zetten. Daarnaast zijn de kosten van het arbeid en de materialen op dit moment redelijk hoog.

Wel zullen de kweektijd en kosten dalen, naarmate deze techniek zich verder doorontwikkelt. Aan ander minpunt is dat nog niet elke situatie van het menselijk lichaam in dit stadium volledig is te simuleren in het huidmodel, omdat bepaalde onderdelen missen.

Het toevoegen van bijvoorbeeld:

• haren
• bloedsomloop
• ontstekingscellen
• zenuwen
• zweetklieren

is essentieel om het model nog representatiever te maken.

Ethisch verantwoorde geneesmiddelenontwikkeling

Het testen van geneesmiddelen op kweekhuid kan een groot aantal proefdieren besparen. Voor de toekomst is het daarom van belang dat onderzoekers en beoordelaars van geneesmiddelen, zoals het College ter Beoordeling van Geneesmiddelen (CBG) en het Europees Medicijn Agentschap (EMA), kweekhuid erkennen als legitiem testmodel.

Het gebruik van kweekhuid is een belangrijke stap richting proefdiervrij onderzoek naar brandwonden, met de potentie om stappen te zetten in de gestandaardiseerde en ethisch verantwoorde benadering van geneesmiddelenontwikkeling.