Minisymposium KNAW Een nieuwe onderzoekslijn Organen op Chips Menselijke ziektemodellen op chips Introductie, Anja van de Stolpe
Wat is een Orgaan- of menselijk ziektemodel -op-een chip?
Is het een stukje hart op een microscoop glaasje? of een computer chip met echte hersenen? Geen van beide.
maar een beetje van allebei 3D mini organen of weefsels: namaken van organen of weefsels of een ziekte op een chip
Laten we eens van dichtbij kijken. long-op-een-chip, Don Ingber van het Wyss Institute
Wat kunnen we er mee doen? In het algemeen: 1. meer begrijpen over ziektes 2. ontwikkelen van medicijnen 3. testen van nieuwe medicijnen op toxiciteit long-op-een-chip, Don Ingber van het Wyss Institute lucht Namaken van een longziekte om nieuwe medicijnen te ontwikkelen Longontsteking Ontsteking door fijnstof in de lucht Toedienen van medicijnen via inhalatie Toxiciteit van medicijnen op de long bloed Click for movie
Wat zijn de uitdagingen bij het ontwikkelen van een Orgaan-op-een-Chip model? Orgaan: bestaat uit meerdere cel soorten die samenwerken om een functioneel orgaan te vormen cellen functioneren onder fysiologische omstandigheden: biochemische + physische factoren (rek, druk, stijfheid, zuurstof) 3 dimensionele architectuur Long: long epitheel, bindweefselcellen, afweercellen Bloedvat: endotheelcellen, glad spierweefsel,
Wat zijn de uitdagingen bij het ontwikkelen van een Orgaan-op-een-Chip model? Orgaan: bestaat uit meerdere cel soorten die samenwerken om een functioneel orgaan te vormen cellen functioneren onder fysiologische omstandigheden: biochemisch + physische factoren (rek, druk, stijfheid, zuurstof) 3 dimensionele architectuur
Wat zijn de uitdagingen bij het ontwikkelen van een Ziekte-op-een-Chip model? Ziekte: Interacties tussen verschillende celsoorten Interacties orgaancellen met verschillende soorten afweercellen Externe factoren (virussen, bacterien, fijnstof, toxische stoffen ) cellen functioneren onder pathofysiologische omstandigheden: biochemisch + physische factoren (rek, druk, stijfheid, zuurstof) tijd nodig voor het ontstaan van een ziekte Genetische factoren
Waar staan we nu met standaard celkweek? Een cel soort Op kweek plastic Standaard cellkweek condities 2D confluente cellaag 3D organoid (Clevers)
Welke technologieen hebben we nodig? Orgaan: bestaat uit meerdere cel soorten die samenwerken om een functioneel orgaan te vormen cellen functioneren onder fysiologische omstandigheden: biochemisch + physische factoren (rek, druk, stijfheid, zuurstof) 3 dimensionele architectuur Orgaan of ziekte-op-een-chip: chip fabrikage technologie Microfluidica speciale substraten om cellen op te laten groeien (stijfheid, rek) 3D structuur om de juiste weefselarchitectuur te maken + interactie tussen verschillende celsoorten (bv bloedvaten) + patronen om de cellen in een bepaalde richting te laten groeien Alle menselijke celsoorten die samen een orgaan vormen Cellen met de juiste genetische achtergrond Gedetailleerde kennis over cellulaire processen Technologieen om cel functies/veranderingen te meten
Afgelopen decade: Microfluidica, substraten ( scaffolds ) Micro-kanalen Vloeistofstromen gecontroleerd Cellen groeien erin Integratie van electrische circuits, actuators Substraten, patronering om celrichting te controleren Den Toonder, TU Eindhoven Falco van Delft, Philips Research Van Blitterswijk, TU Twente Dekker, TU Delft/Philips Research
2007: induced Pluripotent Stem Cells (ips) Nobel prize 2012 Shynia Yamanaka, Kyoto Stamcel lijn van een willekeurige persoon geen embryo s nodig Genetische afwijken die een ziekte veroorzaken zitten in de cellijn van een patient met de ziekte! Grote collecties stamcellijnen van patienten
Kennis mbt genen, cellen etc The Human Genome Project GFP 2000: humane genoom Sequenced genome Gene on the DNA mrna Protein
2008: Green fluorescent protein (GFP) GFP gen ingebracht in het DNA van de cel: Real time monitoren van cellen, bv verandering in functie ESI Confetti mouse, Clevers
Orgaan-op-een-Chip, Ziekte-op-een-Chip: waarom nu? 1. 2000: menselijke genoom gesequenced Nobel prize 2012 2. 2007: ips stamcell technologie Nobel prize 2008 Martin Chalfie; Osamu Shimomura; Roger Tsien 3. 2008: Green Fluorescent Protein 4. Afgelopen decade: Microfluidica, 3D substraten, micro en nano-patronen Farmabedrijven: menselijke ziektemodellen Vervanging diermodellen Kosten en ethische kwestie
Volgende presentaties Albert van de Berg chip technologie microfluidica/microfabricatie Christine Mummery Stamcel technologie Jaap den Toonder/ Anja van de Stolpe De toekomst
Youtube movies Wyss Institute http://www.youtube.com/watch?v=uh7szhewcsc http://www.youtube.com/watch?v=rjdd_koce5m http://www.youtube.com/watch?v=mg2fj0ubj_0 http://www.youtube.com/watch?v=cx9qij_eami&feature=related Cytostretch movies on youtube: Dogbone: https://www.youtube.com/watch?v=udtfa1zo510 Circular: http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=r8axat5duvk