9 maart 2023 – Van TikTok voor kombucha-thee heeft de darmgezondheid een moment – nadat we er al jaren over horen. Terecht.
Je darmen – en de diverse mix van bacteriën die bekend staat als het microbioom – gaat niet langer alleen over de spijsvertering. Darm “gezondheid” is ook gekoppeld aan de gezondheid van uw hart, hersenen, immuunsysteem en meer.
Het probleem: veel over wat erin gaat en welke bacteriën het op welke niveaus bevolken – en hoe het allemaal moet worden geïnterpreteerd – blijft een mysterie. Het bestuderen van de darmen is lastig. Dieronderzoek is misschien niet zinvol, omdat dieren andere spijsverteringsenzymen en darmbacteriën hebben dan mensen. En typische laboratoriumtests, zoals het kweken van cellen in een petrischaal, geven niet weer hoe complex de darmen zijn, een deel van het lichaam waar veel soorten cellen groeien en interageren in een vochtige, stromende, zuurstofvrije omgeving.
Een opkomende technologie, “gut on a chip” genaamd, belooft dat allemaal te veranderen, opent de deur naar experimenten die nooit eerder mogelijk waren en belooft medisch onderzoek vooruit te helpen, volgens een nieuw artikel in APL Bio-engineering.
Uw darm op een chip
Het is een van de nieuwste ontwikkelingen op het gebied van ‘organ on a chip’-technologie, het concept waarbij menselijke cellen in een apparaat worden geplaatst dat is ontworpen om de activiteit van menselijke organen na te bootsen. Wetenschappers hebben modellen ontwikkeld om organen als de longen, nieren en vagina.
Om een darm op een chip te bouwen, kweken wetenschappers cellen uit darmweefsel en bacteriën.
“Deze cellen groeien niet gemakkelijk”, zegt studieauteur Amin Valiei, PhD, een postdoctoraal onderzoeker aan de University of California, Berkeley. “Ze hebben een specifieke omgeving nodig.”
Om die omgeving te creëren, plaatsten onderzoekers de cellen in kleine kanaaltjes die ontworpen zijn om de stroom van vloeistoffen en nabootsende krachten in de darm mogelijk te maken. Dat betekent dat de cellen met elkaar kunnen communiceren zoals ze dat in het menselijk lichaam zouden doen.
“Deze modellen worden steeds geavanceerder”, zegt Valiei. “Vergeleken met een paar jaar geleden hebben we nu modellen die plaats bieden aan een paar soorten cellen.”
Waarom dit ertoe doet: medicijnen, ziekte en dysbiose
Onderzoekers kunnen experimenten doen met de modellen die bij mensen moeilijk of onmogelijk zouden zijn.
“Deze apparaten kunnen vooral nuttig zijn in de hypothesefase om nieuwe medicijnen en therapieën te testen”, zegt Valiei.
Valiei en zijn collega’s van het Molecular Cell Biomechanics Lab van UC Berkeley bestuderen hoe verschillende bacteriesoorten interageren in deze darmchipmodellen. Ze onderzoeken met name hoe bepaalde schadelijke bacteriën zich in de darm kunnen nestelen – een fenomeen dat bekend staat als dysbiose dat is gekoppeld aan een reeks aandoeningen zoals inflammatoire darmaandoeningen (IBD), prikkelbare darmsyndroom (PDS), diabetes, obesitas, kanker en hartproblemen.
Onderzoekers gebruiken ook gut-on-a-chip-modellen om IBD, darmkanker en zelfs de effecten van virussen zoals COVID-19 op de darmfunctie te bestuderen.
Om te begrijpen hoe ziekten zich ontwikkelen, moeten we dingen opsplitsen in fundamentele stappen, en gut-on-a-chip-modellen kunnen onderzoekers daarbij helpen, zegt Christopher Chang, MD, PhD, een gastro-enteroloog bij het Raymond G. Murphy VA Medical Center in Albuquerque, NM, en de Universiteit van New Mexico. (Chang was niet betrokken bij het onderzoek.)
“We kunnen letterlijk duizenden soorten in de darm identificeren, en we weten in grote lijnen welke microben als heilzaam worden beschouwd en welke microben als niet heilzaam worden beschouwd”, zegt hij.
Maar hoe passen individuele bugs in een community? En welke combinaties leiden tot een gezonde darm versus een ongezonde? Antwoorden op deze vragen blijven onduidelijk.
“We hebben manieren om het microbioom te manipuleren, door middel van verschillende antibiotica, probiotica en fecale microbiota-transplantaties”, zegt Chang. “Maar we moeten weten: wat moeten we manipuleren?”
Ruimte voor verbetering
Een deel van de darm dat nog niet is terug te vinden in darmchipmodellen, is het enterische zenuwstelsel, ook wel ons ’tweede brein’ genoemd: neuronen ingebed in het maagdarmkanaal, zegt Chang. Dit is hoe de darm en de hersenen communiceren, en de disfunctie ervan is gekoppeld aan darmaandoeningen zoals IBS.
Mensen met IBS kunnen pijn, diarree of constipatie hebben, ook al ziet hun darmweefsel er normaal uit op biopsieën. Gut-on-a-chip-modellen zijn misschien minder nuttig bij het onthullen van inzichten over deze aandoeningen, hoewel ze nog steeds kunnen helpen bij het beantwoorden van fundamentele vragen.
De darm-brein-verbinding wordt nog opgehelderd, dus naarmate de wetenschap evolueert, kunnen onderzoekers mogelijk nieuwe inzichten toevoegen aan toekomstige gut-on-a-chip-modellen.
Gut-on-a-chip-modellen kunnen ook nuttig zijn naast ziekte, zegt Valiei. Alle medicijnen die u doorslikt, gaan door uw maagdarmkanaal. Als onderzoekers gut-on-a-chip-modellen kunnen gebruiken om precies te ontdekken hoe we medicijnen verteren en opnemen, kunnen ze misschien verfijnen hoe we deze medicijnen gebruiken.
Voorlopig is het druk om deze technologie op grote schaal te gebruiken. Vanwege de noodzaak om meer onderzoek te doen, de technologie te verfijnen en genoeg gegevens te verzamelen om regelgevers tevreden te stellen, kan het nog enkele jaren duren voordat dit soort “precisie” -geneesmiddel nauwkeurig genoeg zal zijn om het gebruik ervan voor patiënten echt te personaliseren. Maar volgens Valiei is dit inderdaad een accurate glimp van wat komen gaat.
