Onderzoekers van de University of California Berkeley hebben een nieuwe organ-on-a-chip-technologie ontwikkeld waarmee tientallen jaren menselijke veroudering in enkele dagen kunnen worden nagebootst. De studie biedt een potentieel doorbraakplatform voor onderzoek naar veroudering en de ontwikkeling van nieuwe behandelingen.
De wereldwijde vergrijzing neemt snel toe: meer dan een miljard mensen is inmiddels ouder dan 60 jaar, en dat aantal zal naar verwachting verdubbelen tegen 2050. Daarmee groeit ook de druk op zorgsystemen door een stijging van leeftijd gerelateerde aandoeningen. Tegelijkertijd blijft het ontwikkelen van effectieve therapieën en medicatie complex en kostbaar, mede doordat geschikte modellen om menselijke veroudering te bestuderen beperkt zijn. Traditionele diermodellen leveren waardevolle inzichten, maar zijn niet altijd goed te vertalen naar de menselijke situatie. Bovendien duurt het vaak jaren voordat effecten zichtbaar worden, wat de ontwikkeling van nieuwe therapieën vertraagt.
Organ-on-a-chip bootst menselijke veroudering na
Het nieuwe organ-on-a-chip-systeem combineert vet- en leverweefsel, beide afkomstig van geïnduceerde pluripotente stamcellen, in een microfluïdisch platform. Via kleine kanalen worden voedingsstoffen en signalen tussen de weefsels uitgewisseld, waardoor de interactie tussen organen realistisch wordt nagebootst. Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in Nature Biomedical Engineering.
Door bloedserum van oudere donoren door het systeem te laten circuleren, konden onderzoekers in slechts vier dagen veranderingen opwekken die normaal gesproken tientallen jaren duren. De cellen vertoonden kenmerken van veroudering zoals chronische ontsteking, verminderde regulatie van bloedsuiker, verstoringen in vetmetabolisme en celsenescentie.
Ook werd een versnelde opbouw van DNA-schade waargenomen. Volgens de onderzoekers wijst dit erop dat veroudering niet alleen een langzaam accumulerend proces is, maar sterk wordt beïnvloed door factoren in het bloed die het herstelvermogen van cellen verminderen.
Inzicht in systemische veroudering
De studie bouwt voort op eerder onderzoek naar de rol van circulerende factoren in het verouderingsproces. Daaruit bleek al dat bepaalde eiwitten, die op jonge leeftijd gunstig zijn, op latere leeftijd juist bijdragen aan achteruitgang.
Het organ-on-a-chip-model maakt het mogelijk om deze systemische effecten in een gecontroleerde, menselijke context te bestuderen. Opvallend was dat veroudering zich niet beperkt tot één type weefsel: wanneer ‘oud’ vetweefsel werd gekoppeld aan ‘jong’ leverweefsel, vertoonde ook de lever tekenen van veroudering. Dit ondersteunt het idee dat organen elkaar via het bloed beïnvloeden.
Daarnaast toonden de onderzoekers aan dat verouderingspatronen verschillen tussen mannen en vrouwen, onder meer door hormonale invloeden.
Medicijnontwikkeling versnellen
Een belangrijk voordeel van de technologie is de mogelijkheid om snel en gecontroleerd therapieën te testen. In het onderzoek werden verschillende potentiële anti-verouderingsinterventies geëvalueerd, waaronder senolytica, rapamycine, oxytocine en remmers van TGF-beta-signaalroutes.
Met name oxytocine liet positieve effecten zien, zoals vermindering van ontsteking en verbetering van metabolische functies. Andere interventies, zoals rapamycine, bleken in dit model minder effectief.
Daarnaast identificeerden de onderzoekers nieuwe biomarkers voor veroudering en demonstreerden zij dat genexpressie in het systeem gericht kan worden aangepast. Dit opent de deur naar meer gepersonaliseerde en gerichte therapieën.
Validatie
De onderzoekers werken inmiddels aan verdere validatie en commercialisatie van de technologie. Het systeem kan niet alleen worden ingezet voor onderzoek naar veroudering, maar ook voor het testen van geneesmiddelen en het bestuderen van ziekten zoals diabetes en leveraandoeningen.
Door sneller en nauwkeuriger inzicht te bieden in menselijke verouderingsprocessen, kan organ-on-a-chip-technologie bijdragen aan een efficiënter ontwikkelproces van nieuwe therapieën. Daarmee speelt het een mogelijke sleutelrol in het aanpakken van de groeiende zorgvraag die gepaard gaat met de vergrijzende bevolking.
Organ-on-a-chip platform
Vorig jaar berichtten wij over een organ-on-a-chip platform dat leeftijdsgebonden immuunreacties realistisch kan nabootsen. Dit biedt een belangrijke stap vooruit in het testen van kankervaccins, vooral voor oudere volwassenen die vaak ondervertegenwoordigd zijn in onderzoek. Het model simuleert essentiële stappen in de immuunrespons, zoals antigeenpresentatie, T-celactivatie en tumorcelvernietiging.
Uit het onderzoek blijkt dat immuuncellen van jongere donoren effectiever functioneren dan die van ouderen, wat leidt tot een sterkere afweerreactie tegen kanker. Opvallend is dat deze verschillen alleen zichtbaar werden in het nieuwe 3D-chipmodel en niet in traditionele 2D-systemen. De technologie kan helpen om kankervaccins beter af te stemmen op oudere patiënten en draagt bij aan de ontwikkeling van meer gepersonaliseerde en effectieve immunotherapieën.
