‘Het kweken van hartspiercellen is net science fiction’

Onderzoeker Berend van Meer (LUMC) meet de elektrische activiteit, de calciumstromen en de samentrekking van hartspiercellen op een chip om de risico’s van hartmedicijnen te beoordelen. Hij kweekt deze uit menselijke stamcellen, dus zonder proefdieren. Volgens Berend kan dit type onderzoek voor veel ziekten een betere methode zijn. ‘Maar een heel organisme in een bakje namaken, is voorlopig nog te ingewikkeld.’

Berend van Meer
Berend van Meer

De 32-jarige Berend won met zijn onderzoek op het gebied van humane hartmodellen de Hugo van Poelgeestprijs. Deze oudste Nederlandse prijs voor onderzoek zonder proefdieren, georganiseerd en uitgereikt door Proefdiervrij en Stichting Bouwstenen werd dit jaar voor het eerst aan een jonge onderzoeker uitgereikt. Professor Christine Mummery van het LUMC heeft hem voorgedragen. Berend is na zijn studie elektrotechniek aan de TU Delft bij haar als PhD-kandidaat met  Organ-On-Chip-onderzoek aan de slag gegaan.

Cellen uit urine of huid

‘In ons Organ-on-Chip onderzoek worden cellen uit bijvoorbeeld de urine of huid van een patiënt genetisch “herprogrammeerd” naar basale stamcellen. Vanuit deze stamcellen kunnen we dan weer andere cellen maken, zoals hartspiercellen. Die cellen plaatsen we vervolgens in een slimme omgeving (“chip”), die zo gemaakt is dat het voor de cellen lijkt alsof ze in het lichaam zitten. Zo kunnen we bijvoorbeeld kleine bloedvaatjes in de chip maken, of een materiaal gebruiken dat even zacht is als weefsel in het lichaam.’

‘De cellen gedragen zich dan zoals in het lichaam en daarmee repliceren we de functies van het menselijke organen in die chip. Tenslotte kunnen we ook nog sensoren in die chip plaatsen. Hierdoor kunnen we buiten het lichaam meten hoe een orgaan op bepaalde handelingen en medicijnen reageren.

‘Mijn werk als ingenieur in het LUMC voelt als de ideale combinatie tussen de technische en medische wereld.’

Magische combinatie

Berend vindt het fantastisch om als ingenieur in het LUMC te kunnen werken. ‘In het begin heb ik soms met open mond geluisterd naar de dingen die de collega’s hier wisten en waarvan ik kon leren. Zo heeft een arts op onze afdeling mij een keer meegenomen naar de snijzalen en de anatomie en fysiologie van het hart uitgelegd aan de hand van hartpreparaten.’

‘Ik wilde vroeger heel lang arts worden, maar vond het klinische deel niet leuk. Wel haalde ik altijd graag computers uit elkaar. Daarnaast had ik een enorme belangstelling voor de biologie achter ziektes en mechanismen. De combinatie tussen de technische en medische wereld trok mij dus enorm. Zo vind ik het magisch hoe mensen met een chip in de armen een robotarm kunnen besturen en daarmee ook kunnen voelen. Om die reden ging ik eerst elektrotechniek aan de TU in Delf studeren. Daar werd ik een aantal jaar later door een gastcollege van professor Ronald Dekker over Organ-on-Chip getriggerd en ben ik uiteindelijk na mijn studie de biologische kant opgegaan.

Onderzoek zonder proefdieren

De jonge onderzoeker communiceert regelmatig over zijn onderzoek aan het grote publiek. ‘Dit onderzoek heeft iets fotogenieks en science fictions-achtig. Als je het simpel uitlegt, begrijpen mensen waarover je het hebt en vinden ze het ook logisch dat je op menselijk weefsel in plaats van dieren kan testen. Het lijkt dus science fiction, maar het gaat over iets wat mensen echt belangrijk vinden. Ik ben echt ervan overtuigd dat we met deze modellen onderzoek naar nieuwe geneesmiddelen kunnen doen. Nu gebeuren veel van die testen nog op proefdieren, maar die geven vaak geen zekerheid over de veiligheid van nieuwe medicijnen in mensen. Dat moet toch beter kunnen?’

‘Natuurlijk zijn sommige onderzoeken met proefdieren moeilijk te vervangen. Als je wilt weten hoe een medicijn in een lichaam reageert, kun je je nog wel voorstellen dat je modellen aan elkaar kunt koppelen. Maar echt alle functies van een heel organisme in een bakje namaken, is ingewikkeld. De vraag is of we dat ooit gaan doen en of dat ooit haalbaar is.’

‘Met onze modellen kunnen we beter in kaart brengen waar het op de langere termijn met COVID-19 patiënten kan misgaan.’

Onafhankelijke testcentra

Berends onderzoek richt zich specifiek op hartspiercellen uit stamcellen, maar het is ook mogelijk om zo bijvoorbeeld lever- en niercellen of een bloedhersenbarrière te kweken. ‘Wij zijn hier in onze afdeling in het LUMC goed in modellen voor hart-en-vaten, maar kunnen niet voor elk orgaan testen. Er zijn dus onafhankelijke testcentra nodig die dat wel kunnen doen. Daarom willen we met het Nederlandse Organ-on-Chip netwerk hDMT (human Organ and Disease Model Technologies) en de Universiteit Twente (UT) een stichting oprichten die zich specifiek gaat richten op het testen van deze modellen. Niet alleen in Nederland, maar in heel Europa. De EMA (European Medicines Agency) heeft testen van een onafhankelijk centrum nodig om serieus te onderzoeken of dit model ook in toxiciteitsstudies is toegestaan. Op die manier komt de weg vrij voor proefdiervrij onderzoek.’

Ook de huidige crisis rond COVID-19 biedt volgens hem op dat terrein kansen. ‘We weten nu dat het virus ook op langere termijn schade kan aanrichten in de longen  en in het hart. Met onze modellen kunnen we beter in kaart brengen waar het op de langere termijn met deze patiënten kan misgaan.’ Berend coördineerde een gezamenlijke subsidieaanvraag van het LUMC, UT en de bedrijven Ncardia en River Biomedics voor het gebruik van de hartmodellen om COVID-19 te bestuderen. Health~Holland heeft deze toegekend.

Nederland als voorloper

Nederland is volgens Berend een van de voorlopers op het terrein van regeneratieve geneeskunde en dat biedt kansen. ‘Er wordt veel gepubliceerd. Universiteiten werken veel samen en er zijn veel bedrijven werkzaam in de biotechniek. Ik denk dat wij een stap moeten zetten om deze hele goede academische expertise om te zetten in technologie die mensen kunnen gebruiken.’

‘Eerst moeten we deze technologie opschalen. We weten dat we menselijke hartspieren kunnen maken, maar de snelheid waarmee we dat doen is laag. We moeten in de tussentijd ook weten wat de kosten van het op grote schaal kweken van deze modellen zijn. Ook moeten we nu al de dialoog voeren over wat er mogelijk is, zodat de technologische ontwikkelingen straks geen maatschappelijke weerstand oproepen. Tijdig informeren is extreem belangrijk. Daardoor begrijpt iedereen het nut van het onderzoek.’

Nederland is volgens Berend een van de voorlopers op het terrein van regeneratieve geneeskunde en dat biedt kansen. ‘Er wordt veel gepubliceerd. Universiteiten werken veel samen en er zijn veel bedrijven werkzaam in de biotechniek. Ik denk dat wij een stap moeten zetten om deze hele goede academische expertise om te zetten in technologie die mensen kunnen gebruiken.’

‘Eerst moeten we deze technologie opschalen. We weten dat we menselijke hartspieren kunnen maken, maar de snelheid waarmee we dat doen is laag. We moeten in de tussentijd ook weten wat de kosten van het op grote schaal kweken van deze modellen zijn. Ook moeten we nu al de dialoog voeren over wat er mogelijk is, zodat de technologische ontwikkelingen straks geen maatschappelijke weerstand oproepen. Tijdig informeren is extreem belangrijk. Daardoor begrijpt iedereen het nut van het onderzoek.’

Meer weten

Bekijk hier de video van Berend van Meer.