Air-liquid interface (ALI): innovatieve vooruitgang in blootstelling onderzoek naar luchtwegklachten

Toxicoloog Yvonne Staal (RIVM) is projectleider van verschillende onderzoeken die met behulp van menselijke cellen de schadelijkheid van stoffen op de luchtwegen onderzoeken. ‘We onderzoeken bijvoorbeeld hoe cellen reageren op een combinatie van stoffen in de lucht en ziekteverwekkende organismen (pathogenen). Door menselijke cellen te gebruiken, krijgen we een beter beeld van hoe menselijke longen op de blootstelling aan bepaalde stoffen reageren.’

Yvonne Staal
Beeld: RIVM
Yvonne Staal

‘Air-liquid interface (ALI) is de manier waarop cellen worden gekweekt om ze aan lucht te kunnen blootstellen. Dat doen we bijvoorbeeld om te kunnen testen hoe longcellen van mensen op bepaalde stoffen reageren. Stoffen gedragen zich in lucht nu eenmaal anders dan in vloeistof’, vertelt Staal. ‘De afgelopen jaren hebben we dat voor verschillende celmodellen onderzocht. Daarvoor zijn cellijnen gebruikt. We gebruiken daarnaast ook cellen uit gezond longweefsel, dat na een longoperatie is overgebleven en bij ons is opgekweekt. Deze cellen worden vervolgens via de lucht aan verschillende stoffen blootgesteld.’

‘Het RIVM doet bijvoorbeeld ALI-onderzoek naar luchtwegklachten van mensen die in de buurt van veehouderijen wonen en waarvan de oorzaak niet bekend is. Het celmodel kan ook voor ander onderzoek worden gebruikt. Om deze experimenten goed te kunnen uitvoeren, zijn zowel biologische als technische aspecten belangrijk. Zo moet je ook weten hoe je celmodellen op een goede manier aan lucht kunt blootstellen. Het is veel makkelijker om een stof in het celkweekmedium te brengen dan in de lucht, en dat ook nog stabiel over een bepaalde tijd.’

‘Je kan zeggen dat het onderzoek met proefdieren ervoor heeft gezorgd dat we de wereld voor ratten veiliger hebben gemaakt, maar niet per se voor mensen.’

Betere inschatting

Door in plaats van proefdieren menselijke cellen te gebruiken, kun je volgens Staal inschatten hoe menselijke longcellen op de blootstelling van bepaalde stoffen reageren. ‘Het gebruik van proefdieren is soms nodig. Maar als het niet hoeft, moet je ze ook niet gebruiken. In de regelgeving voor nieuwe medicijnen of chemische stoffen worden proefdierstudies nog vaak voorgeschreven. De informatie die proefdierstudies opleveren, is anders dan de informatie die we in de toekomst met celmodellen krijgen. Je kan zeggen dat het onderzoek met proefdieren ervoor heeft gezorgd dat we de wereld voor ratten veiliger hebben gemaakt, maar niet per se voor mensen.’

Volgens Staal staan we overigens nog aan het begin van de transitie naar proefdiervrije innovatie. ‘Er is al veel kennis, maar het daadwerkelijk toepassen daarvan op nieuwe stoffen hangt ook af van hoeveel vertrouwen we in die opgedane kennis hebben. Het is goed dat we nu al veel stappen met het gebruik van menselijke cel-modellen maken, want zo leren we welke eigenschappen belangrijk zijn om de toxiciteit te bepalen. Dit betekent dus ook we mogelijk straks andere celmodellen gebruiken die nog beter de werkelijkheid nabootsen. Of dat we celmodellen gebruiken die precies die eigenschappen hebben die van belang zijn om de toxiciteit te bepalen. Wat dat betreft krijg dit soort onderzoek steeds meer een plek in een meer mechanische benadering van de toxicologie, in plaats van dat we alles in een black box stoppen en dan kijken welke schadelijke effecten er optreden.’

‘Door menselijke cellen te gebruiken, krijgen we een beter beeld van hoe menselijke longen op de blootstelling aan bepaalde stoffen reageren.’

Europees onderzoek

Er vindt al veel Europees onderzoek plaats naar standaardisatie van proefdiervrij onderzoek met ALI-modellen. Zo publiceerden Staals RIVM-collega’s Hedwig Braakhuis en Rob Vandebriel onlangs een artikel en een protocol op de website van JoVE, the scientific video journal, over testen en  hoe je het luchtwegonderzoek met aerosolen kunt standaardiseren.

‘Ook de huidige crisis rond COVID-19 biedt kansen om ALI-modellen verder te brengen. We kunnen met de celmodellen die we nu hebben al onderzoek doen naar SARS-CoV-19. Hierdoor krijgen we niet alleen meer inzicht in de mogelijkheden van de celmodellen maar kunnen we ook de toepassingsmogelijkheden beter bepalen. Juist het vooruitzicht om dergelijke in vitro-modellen toe te passen in een nieuwe manier om toxiciteit te bepalen, maakt mij enthousiast en inspireert mij enorm om hiermee verder te gaan.’