Biomat on microfluidic chip

De behandeling van patiënten zal zich in de toekomst steeds meer richten op 'persoonlijke regeneratieve geneeskunde'. Dit is een nieuwe vorm van geneeskunde waarbinnen artsen patiënten behandelen door nieuwe huid, bot of zelfs een orgaan op te bouwen uit gekweekte cellen en biomaterialen. Deze vorm van geneeskunde wekt grote verwachtingen wat betreft innovatieve en persoonlijke zorg, maar kent ook grote uitdagingen omdat het veel hoogwaardige kennis en techniek vereist.

Zowel België als Nederland willen hierin een kenniseconomie ontwikkelen om antwoorden te vinden op nieuwe uitdagingen en tegelijkertijd de werkgelegenheid in de regio duurzaam te versterken. Platformen zoals het Vlaamse RegMed en het Nederlandse Brightlands ondersteunen reeds nieuwe ontwikkelingen binnen de gezondheidszorg. Om biomaterialen 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.

‘Biomat’ creëert daarom 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 driedimensionale (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, zullen demonstrators worden gebouwd op basis van drie soorten klinische toepassingen: bot, spier en op-chip gevasculariseerde bot of spier.

In het eerste anderhalf jaar van het project zijn er belangrijke stappen gemaakt richting de ‘orgaan-op-chip 2.0’. Eerste ontwerpen en modellen van de chip zijn gemaakt. De ontwikkelde inzetstukken zijn geschikt gebleken voor het vormen van driedimensionale constructen van patiënt-eigen cellen en verschillende biomaterialen op microschaal. Voor het omhulsel van de chip,  dat de constructen moet voorzien van voedingsstoffen, zijn ook verschillende ontwerpen getest, maar er wordt nog steeds gezocht naar de juiste combinatie van materialen en technieken om de benodigde resolutie te verkrijgen. Eerste succesvolle experimenten met impedantie sensoren, die het vormen en verwijderen van weefsel kunnen meten, zijn uitgevoerd. Terwijl de chips getest zijn met cellijnen en primaire cellen van patiënten, is er ook veel werk gedaan aan het ontwikkelen van protocollen voor het differentiëren van humane geïnduceerde pluripotente stamcellen (hIPSCs) richting spierweefsel en botweefsel. Daarnaast zijn deze cellen voorzien van reporters waarmee hun groei en metabolisme niet-invasief gevolgd kunnen worden. Ook is de ontwikkeling van het platform voor vascularisatie van microweefsels, OrganoGraft Plate vergevorderd. In de synthese en selectie van geschikte technieken om microschaal monsters van biomaterialen te maken, zijn belangrijke stappen gemaakt.  Samenvattend, op alle aspecten van het project is voortgang geboekt. Integratie van verschillende componenten in de chip is ook gestart. De resultaten laten zien dat de iteratieve optimalisatie van verschillende onderdelen nodig is om demonstrators voor verschillende toepassingen te ontwikkelen en daarom zullen alle activiteiten in het project in verschillende mate gecontinueerd worden.




Alle projecten