Proefdieren vervangen met minidarmpjes

Nieuwe voedingsmiddelen komen pas op de markt na uitgebreid onderzoek naar de veiligheid van alle ingrediënten. Vaak zijn dierproeven een verplicht onderdeel in het proces van goedkeuring. Dat moet in de toekomst anders kunnen, vinden onderzoekers die werken aan alternatieven voor dierproeven. Een nieuw alternatief is het gebruik van cellen die functioneren als mini-orgaantjes, ook wel organoïden genoemd.

Mensen en varkens

Meike van der Zande is onderzoeker bij Wageningen Food Safety Research, waar zij darmorganoïden kweekt van menselijke stamcellen. Het idee is om hierop te testen of bepaalde stoffen schadelijk zijn voor de gezondheid. Haar team werkt samen met onderzoekers van Wageningen Food & Biobased Research die ook menselijke stamcellen laten uitgroeien tot mini-darmen, maar dan juist om gezonde stoffen te bestuderen.

Een derde onderzoeksinstituut, Wageningen Livestock Research, houdt zich bezig met het ontwikkelen van organoïden uit varkensstamcellen. “De insteek van deze drie onderzoeken is net anders, maar het doel is hetzelfde”, zegt Van der Zande. “We kijken naar de opname, verwerking en effecten van stoffen in de darmen. Of we nu wel of juist niet willen dat ze worden opgenomen. We hebben bovendien dezelfde vragen voor varkens. Die willen we namelijk ook zo gezond mogelijk houden.”

Nieuw alternatief

Tot een jaar of tien geleden lag het nog veel meer voor de hand om proefdieren te gebruiken om het effect van bepaalde stoffen uit voeding te meten. Het was simpelweg de best beschikbaar optie. Cellen in een kweekbakje vormden weliswaar een alternatief, maar slechts voor een beperkt deel van het onderzoek. Aan beide typen onderzoek kleefden nadelen. “Een muis is geen mens of varken en losse cellen functioneren niet als een heel orgaan. De vertaalslag naar het menselijk lichaam is vaak een probleem”, aldus Van der Zande.

Bovendien is het gebruik van proefdieren ook ethisch gezien niet wenselijk. “We kunnen helaas nog niet helemaal zonder, maar we kunnen het aantal proefdieren wel verder verminderen”, is haar overtuiging. Om beide redenen bieden organoïden uitkomst. Een klompje cellen dat zich ontwikkelt tot een miniversie van het orgaan waar het om gaat, lijkt meer op de werkelijkheid en vermindert het gebruik van proefdieren.

Stamcellen

Het kweken van een organoïde begint met stamcellen. Deze cellen kunnen zich nog tot verschillende lichaamscellen ontwikkelen. “We laten ze uitgroeien tot verschillende soorten darmcellen, bijvoorbeeld gobletcellen die slijm maken, endocriene cellen die hormonen maken en epitheelcellen”, legt Van der Zande uit. Die laatste spelen een belangrijke rol in transport en kunnen onder andere giftige stoffen afbreken. Ook communiceren ze met de darmbacteriën. Eén organoïde bevat tienduizenden cellen.

De drie onderzoeksinstituten gebruiken twee verschillende bronnen van stamcellen. Het makkelijkst verkrijgbaar zijn stamcellen die gemaakt kunnen worden van cellen afkomstig uit een ander orgaan dan de darm, zoals de huid. Ingewikkelder is het om aan echte darmstamcellen te komen. Van der Zande: “De eerste soort is vaak afkomstig van gezonde mensen. Voor darmstamcellen ligt dat anders. Die krijgen we in samenwerking met ziekenhuizen. Het kan een stukje gezond weefsel zijn aan de rand van een darmtumor, die verwijderd is bij een operatie. We weten nog niet welk soort stamcellen de beste darmorganoïden oplevert voor ons onderzoek. Daar willen we achterkomen in samenwerking met de andere instituten.”

Van biologie naar technologie

Wie zich bij de organoïden van de Wageningse onderzoekers een stukje darm in een schaaltje voorstelt, komt bedrogen uit. Een mini-orgaantje hoeft er namelijk niet uit te zien als een echt orgaan, zolang het maar op een vergelijkbare manier functioneert. Van der Zande werkt daarom met een ingewikkelde opstelling waarin een dunne laag cellen de basis vormt. ‘Voedsel’, in de vorm van een vloeistof, stroomt aan de bovenkant over de cellaag heen net zoals in de darm, en ‘bloed’ stroomt aan de onderkant langs de cellaag. Van der Zande: “Met sensoren en chips kun je de vloeistofstromen op microscopisch niveau besturen. Zo komen we veel dichter bij de situatie in het menselijk lichaam.”

Na opname vervolgt een stof zijn reis verder door het lichaam. “Stoffen worden opgeslagen, uitgescheiden of afgebroken. Daar ontwikkelen we computermodellen voor met kennis uit eerder onderzoek met proefdieren en mensen.” Alles aan elkaar gekoppeld, levert dit een goed beeld op van de effecten van gezonde en ongezonde stoffen in het lichaam.

Proefdieren uitsparen

“De kracht van ons onderzoek is dat je stoffen beter kunt selecteren. Denk aan onderzoek naar de effecten van poly- en perfluoralkylstoffen (PFAS), die onder andere in de antiaanbaklaag in pannen kan zitten en waar allerlei varianten van zijn. We weten al van een aantal varianten welke het meeste door darmcellen heengaan en dus in het lichaam komen. Dan kun je besluiten om alleen die met een dierproef te testen”, legt Van der Zande uit.

Het koppelen van de verschillende modellen maakt de selectie in de toekomst bovendien nog beter. “Bij de stof die het meest wordt doorgelaten, is de afbraak in de lever misschien wel zo hoog, dat die stof amper schade kan aanrichten”, gaat ze verder. “Maar een stof die beperkt wordt doorgelaten en bijna niet wordt afgebroken in de lever, kan gevaarlijker zijn. Als je dan toch een dierproef moet doen, weet je zekerder dat je de juiste stof te pakken hebt. Dat vermindert het aantal proefdieren.”

Een ander voorbeeld is onderzoek naar nieuwe eiwitbronnen. “In Europees verband start binnenkort een project waarin we verschillende van die eiwitten, zoals uit insecten, gaan onderzoeken. We gaan de mogelijke risico’s in kaart brengen.” De darmorganoïden gaan naar verwachting een rol spelen bij de selectie van eiwitten voor verder onderzoek.

Een wereld zonder proefdieren?

Van der Zande merkt dat er veel interesse is voor haar onderzoek vanuit de maatschappij en de politiek. Vooral de laatste paar jaar neemt de aandacht voor alternatieven voor proefdieren snel toe. Voordat studies met organoïden echter een vaste plek krijgen bij de goedkeuring van nieuwe voedingsmiddelen is er nog veel onderzoek nodig. “Voor regelgeving moet je eerst zeker weten of een model echt van waarde is. Wat je ermee kan voorspellen, moet betrouwbaar zijn. Die vertaalslag is nog niet zomaar gemaakt.” Toch heeft ze goede hoop dat dit voor haar organoïden wel gaat lukken.

Of onderzoek naar voedselveiligheid ooit helemaal zonder proefdieren kan? “Sommige wetenschappers denken dat het binnen tien jaar al zover kan zijn. Anderen zien proefdieronderzoek nooit helemaal verdwijnen.” Zelf is ze voorzichtig optimistisch. “Ik denk dat het kan, maar dat het nog een jaar of dertig zal duren. Het zal ook wel moeten, want niemand doet graag dierproeven. Ik wil er alles aan doen om te zorgen dat het ook anders kan.”