Biomat on microfluidic chip

De behandeling van patiënten zal zich in de toekomst steeds meer richten op 'persoonlijke regeneratieve geneeskunde'. Deze vorm van geneeskunde wekt grote verwachtingen wat betreft innovatieve en gepersonaliseerde zorg, maar kent ook grote uitdagingen omdat het veel hoogwaardige kennis en techniek vereist. Zowel België als Nederland willen hierin een kenniseconomie ontwikkelen. Platformen zoals het Vlaamse RegMed en het Nederlandse Brightlands ondersteunen reeds nieuwe ontwikkelingen binnen de gezondheidszorg. 

Om biomaterialen die gebruikt worden in regeneratieve geneeskunde op grote schaal te kunnen testen, biedt een zogeheten 'orgaan-op-chip' nieuwe mogelijkheden. Dit zijn kleine plaatjes die een orgaan of weefsel nabootsen en waarop nieuwe biomaterialen direct kunnen worden getest in een lichaamsechte omgeving. Om deze chip te ontwikkelen en gereed te maken voor een brede introductie en gebruik, is een sterk partnerschap nodig van zowel academische als industriële partners.

Het doel van ‘Biomat’ was daarom het creëren van een gloednieuwe microfluïdische chip: de 'orgaan-op-chip 2.0'. Deze chip wordt ingezaaid met stamcellen om een lichaamseigen orgaan of weefsel na te bootsen, voorzien van aan- en afvoer van micro-vloeistof en gevoelige sensoren om metingen te verrichten. Het vernieuwende aspect van deze chip is de 3D-omgeving die wordt gevormd, in tegenstelling tot klassieke celkweekplaten waarin cellen of weefsels op een vlak oppervlak groeien. Bovendien wordt door middel van microfluïdica - zeer kleine kanaaltjes waarin vloeistoffen worden vervoerd - het transport van lichaamsvloeistoffen nagebootst. Om de functionaliteit van deze revolutionaire technologie aan te tonen, zijn demonstrators worden gebouwd op basis van drie soorten klinische toepassingen: bot, spier en op-chip gevasculariseerde bot of spier.
 
Om de ‘orgaan-op-chip 2.0’ te maken, is de ontwikkeling van verschillende technische en biologische technologieën nodig geweest. De chip, bestaande uit een omhulsel voor de toe- en afvoer van vloeistoffen, en een inzetstuk waarin de 3D omgeving van het lichaam wordt nagebootst, is eerst ontworpen en bestudeerd middels computermodellen. Vervolgens zijn verschillende materialen en fabricagemethoden getest om de chip te bouwen. Gedurende het project zijn er steeds verbeteringen aangebracht aan de chip. Daarnaast is gewerkt aan de ontwikkeling, optimalisatie en integratie in de chip van sensoren die de cellen en het vormen en verwijderen van weefsel kunnen meten. De werking van sensoren is gevalideerd middels microscopie. Ook is massa spectrometrische methode gevalideerd om specifiek eluerende moleculen te kunnen bepalen op zeer laag niveau, maar heeft de integratie met de chip niet plaatsgevonden vanwege restricties m.b.t. Covid-19 pandemie. Aan de biologische kant zijn protocollen ontwikkeld om humane geïnduceerde pluripotente stamcellen (hIPSCs) richting spierweefsel en botweefse te differentiëren. Daarnaast zijn deze cellen voorzien van reporters waarmee hun groei en metabolisme niet-invasief gevolgd kunnen worden en zijn 3D microweefsels en organoiden met behulp van deze cellen, met en zonder biomaterialen, gevormd. Ook is de ontwikkeling van het platform voor vascularisatie van microweefsels, Organo®Graft Plate uitgevoerd. 

Uiteindelijk heeft de integratie van de verschillende onderdelen, d.w.z. chip bestaande uit de omhulsel, inzetstuk, sensor, met daarin 3D spier, bot en gevasculariseerd spier en bot weefsel, met biomaterialen erin plaatsgevonden als demonstrators. We hebben dus een 'orgaan-op-chip 2.0' platform succesvol ontwikkeld en laten zien dat het geschikt is voor het testen van biomaterialen in een lichaamsechte micro-omgeving.

update: februari 2022


Alle projecten