Vissen detecteren bewegingen in het water via honderden kleine sensorcellen langs hun lichaam. Het helpt hen prooien en gevaren te onderscheiden. Australische onderzoekers lieten zich door dat principe inspireren om iets heel anders te bouwen: een apparaat dat kloppende minihartjes in een laboratoriumschaaltje kan afluisteren, zonder ze aan te raken.
Het gaat om cardiale organoïden: kleine clusters van menselijke hartspiercellen die in een bakje groeien en spontaan beginnen te kloppen. Wetenschappers gebruiken ze om medicijnen te testen en hartaandoeningen te bestuderen. Tot dusver moesten de organoïden daarvoor steeds onder een microscoop worden gelegd, wat tijdrovend is en het kwetsbare weefsel kan beschadigen. Het nieuwe systeem registreert de samentrekkingen in realtime, draadloos en vanuit de incubator, zonder enig direct contact.
Drukgolven als vingerafdruk
Wanneer een organoïde samentrekt, verstoort dat de vloeistof eromheen, vergelijkbaar met de rimpels die een steen in een vijver achterlaat. Die kleine drukverandering aan het vloeistofoppervlak perst de lucht samen in een holte onder het bakje. Een haarfijn siliciumveertje van anderhalve bij anderhalve millimeter registreert die schommeling en buigt iets door. Die buiging veroorzaakt een meetbare verandering in elektrische weerstand, die via Bluetooth naar een smartphone-app wordt gestuurd. Zo ontstaat een continu overzicht van wanneer het organoïde samentrekt en ontspant.
Dat de sensor nooit in contact komt met de vloeistof of het weefsel, is een bewust ontwerp. Eerdere sensoren die direct in de celkweek werden geplaatst, raakten vervuild en moesten worden weggegooid. Het nieuwe systeem kan worden hergebruikt: na gebruik wordt het vloeistofbakje verwijderd, de elektronica blijft intact.
Van organoïde naar medicijntest
Het systeem werd getest met twee bekende hartritmemedicijnen. In beide gevallen registreerde het platform duidelijke veranderingen in het kloppen van de organoïden, die groter werden naarmate de dosis hoger was, inclusief ritmestoornissen bij hoge concentraties. Dat komt overeen met wat al bekend is over deze middelen. Het apparaat werkte bij organoïden van uiteenlopende afmetingen en kon er tot vier tegelijk monitoren. Een beperking is dat de samentrekking als één gecombineerd signaal wordt geregistreerd. Informatie over waar in het organoïde een contractie begint, of hoe snel een elektrische prikkel zich verspreidt, valt daarmee buiten beeld.
Wil je niets van Scientias missen? Volg Scientias op Google Discover dan zie je al onze verhalen!
Minder dieren in het lab
De zoektocht naar alternatieven voor dierproeven in medicijnontwikkeling is al jaren gaande en er is reden voor urgentie: ongeveer negentig procent van de medicijnen die succesvol op dieren zijn getest, faalt alsnog in klinische proeven bij mensen. Cardiale organoïden worden al gezien als een veelbelovend alternatief, maar de technische drempel om ze goed te meten was hoog. Het nieuwe platform verlaagt die drempel: het vereist geen dure microscoopapparatuur, geen handmatige overdracht van weefsel en geen uitgebreide beeldverwerking achteraf. Of het systeem ook bij grotere aantallen organoïden en in bredere laboratoriumsettings evengoed werkt, moet nog worden aangetoond.
We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook Mini-hersenen onthullen dat zelfs het allereerste klompje hersencellen al weet wat het doet en Deze gekweekte ‘mini-ogen’ kunnen helpen bij het oplossen van genetische blindheid
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
