Onderzoekers van de Universiteit van Sydney hebben een innovatieve slagader-op-een-chip (artery-on-a-chip) technologie ontwikkeld die het risico op een ischemische beroerte nauwkeuriger kan voorspellen. Het zogeheten fysieke tweeling-, of ’physical twin-model’, bootst de bloedvaten en bloedstroom van een individuele patiënt na en laat zien hoe de vorm van een slagader invloed heeft op de kans dat een bloedstolsel losraakt en een beroerte veroorzaakt.
Volgens de onderzoekers kan de technologie op termijn bijdragen aan een meer gepersonaliseerde risicobeoordeling en behandeling van patiënten met vaatziekten. Een ischemische beroerte ontstaat wanneer een bloedvat naar de hersenen wordt afgesloten, meestal door een bloedstolsel of vetafzetting. Hoewel vernauwingen in de halsslagader een bekende risicofactor zijn, blijkt het voorspellen van een beroerte in de praktijk lastig. Ook patiënten die op basis van bestaande risicomodellen als laag risico worden beschouwd, kunnen onverwacht een ernstige of zelfs fatale beroerte krijgen.
Slagader-op-een-chip platform
Om beter inzicht te krijgen in dat individuele risico ontwikkelden de onderzoekers een slagader-op-een-chip-platform dat de anatomie en bloedstroming van de halsslagader van een patiënt nabootst. Hiervoor reconstrueerden zij de halsslagaders van zes patiënten met verschillende stadia van vaatziekte. Met behulp van computationele vloeistofdynamica berekenden zij vervolgens hoe het bloed door iedere slagader stroomde.
Het model combineert deze patiënt specifieke geometrie met levende cellen die de natuurlijke omstandigheden in de vaatwand zo realistisch mogelijk nabootsen. Volgens hoofdonderzoeker Lining Arnold Ju ontstond het concept vanuit de behoefte om patiënten beter te kunnen identificeren die ondanks een relatief laag risicoprofiel toch een beroerte ontwikkelen.
Vorm van bloedvaten bepalend
De analyses lieten zien dat slagaders met een vergelijkbare mate van vernauwing toch sterk verschillende bloedstroompatronen kunnen vertonen. Om te onderzoeken hoe dit de vorming van bloedstolsels beïnvloedt, brachten de onderzoekers met een laser een kleine beschadiging aan in het onderliggende collageen van de vaatwand.
Daaruit bleek dat de stollingsreactie sterk afhing van de driedimensionale vorm van de slagader en de lokale verstoringen in de bloedstroom. Volgens eerste auteur Yunduo Charles Zhao suggereren de resultaten dat juist deze factoren een belangrijkere rol spelen bij het ontstaan van een beroerte dan alleen de mate van vaatvernauwing. De bevindingen laten volgens de onderzoekers zien dat gepersonaliseerde modellen waardevolle aanvullende informatie kunnen bieden naast de huidige diagnostische methoden.
Nieuwe medicijnen testen
De onderzoekers hopen dat het artery-on-a-chip-platform niet alleen gebruikt kan worden om het beroerterisico nauwkeuriger te voorspellen, maar ook om nieuwe medicijnen te testen die de kans op trombose en beroertes kunnen verkleinen. Uiteindelijk zou de technologie artsen kunnen ondersteunen bij het kiezen van behandelingen die zijn afgestemd op de anatomie en bloedstroming van individuele patiënten.
Momenteel loopt een klinische studie waarin wordt onderzocht hoe de technologie kan worden toegepast bij patiënten met een verhoogd risico op een beroerte. Daarnaast zien de onderzoekers mogelijkheden om het platform ook in te zetten bij andere cardiovasculaire aandoeningen, zoals perifeer arterieel vaatlijden, diepe veneuze trombose en aneurysma's. Daarmee zou de artery-on-a-chip kunnen uitgroeien tot een breed inzetbaar hulpmiddel voor gepersonaliseerde cardiovasculaire zorg.
3D geprinte bloedvaten
Twee jaar geleden zetten onderzoekers van de Universiteit Twente een grote stap vooruit op het gebied van bioinkt voor 3D geprinte bloedvaten. Een ontdekking die het mogelijk maakte de groei en organisatie van kleine bloedvaatjes in 3D-geprinte weefsels nauwkeurig te sturen. Door deze technologie te combineren met extrusion-based 3D-bioprinting, is een programmeerbare bioinkt ontwikkeld die de natuurlijke manier van het lichaam nabootst om biochemische signalen aan te bieden. “Hierdoor kunnen we de groei van bloedvaten in een gecontroleerde laboratoriumomgeving sturen. Dit brengt ons dichter bij het creëren van weefsels die functioneren als echte organen”,
De bioinkt bevat zogenaamde aptameren, stukjes DNA. Die kunnen zo worden geprogrammeerd dat ze biochemische signalen naar behoefte binden en loslaten. Met dit proces wordt het natuurlijke mechanisme het menselijk lichaam nagebootst. Daarin fungeert de micro-omgeving van weefsels als een reservoir voor groeisignalen, die alleen worden vrijgegeven wanneer dat nodig is. Hiermee kan de bioinkt bloedvatvorming sturen en aanpassen aan de behoeften van het weefsel.
