Onderzoekers van UT-onderzoeksinstituut MIRA hebben een chip ontwikkeld waarmee je individuele cellen precies in het midden van een minuscuul druppeltje hydrogel kunt fixeren. Door de gebruikte methode blijven de cellen lange tijd in leven en kun je ze beter bestuderen.
Dit maakt het mogelijk om bijvoorbeeld de werking van nieuwe medicijnen te testen en stamceltherapieën te verbeteren. Het onderzoek is gepubliceerd in het gerenommeerde wetenschappelijke tijdschrift Small en prijkt er zelfs op de omslag.
Veel wetenschappers hebben behoefte aan methodes om individuele (stam)cellen langdurig te bestuderen. Dit is van groot belang, onder meer voor het testen van medicijnen, het onderzoeken van ziektes en het ontwikkelen van celtherapieën.
Een belangrijke manier om individuele cellen buiten het lichaam te kunnen onderzoeken, is ze ‘vangen’ en kweken in kleine druppeltjes hydrogel: microgels. Echter, tot voor kort strandde elke poging om individuele cellen voor langere tijd gecontroleerd te kweken, omdat ze telkens binnen enkele dagen ontsnapten uit de microgels. Door dit probleem waren veel toepassingen van deze veelbelovende techniek tot nu toe onbereikbaar.
Onderzoekers van onderzoeksinstituut MIRA van de Universiteit Twente zagen dat de ontsnappende cellen vrijwel altijd aan de zijkant van de microgels zaten en ontdekten met behulp van hogesnelheidscamera’s dat dit het gevolg was van de huidige productiemethode. Vervolgens slaagden ze er in om een chip te ontwikkelen die zorgt dat de cellen precies in het midden van de microgels worden gevangen, waardoor de cellen niet kunnen ontsnappen en ruim 90 procent na 28 dagen nog in leven is. Deze innovatieve methode is een belangrijke stap richting bijvoorbeeld verbeterde stamceltherapieën of het namaken van complexe weefsels, zegt UT-onderzoeker Tom Kamperman die binnenkort promoveert op het onderwerp.
Methode
Hydrogel bestaat grotendeels uit water dat bij elkaar wordt gehouden door een netwerk van polymeren (langwerpige moleculen). Het lijkt qua structuur op ons eigen weefsel, waardoor het zeer geschikt is voor 3D celkweek. Om een hydrogel te vormen, worden losse polymeren bijvoorbeeld met behulp van uv-licht of enzymen aan elkaar gekoppeld. De truc van de UT-onderzoekers is de polymeren in de druppel niet direct bij vorming van de druppel, maar juist even daarna te laten binden, oftewel ‘vertraagd geleren’. De cellen hebben hierdoor de gelegenheid om zich naar het midden van de druppel te bewegen. De druppels – met daarin een cel, polymeren en enzymen – worden enkele momenten na vorming in contact gebracht met waterstofperoxide, waardoor de vloeibare druppels veranderen in stabiele microgels.
Toepassingen
Cellen hebben een individueel karakter. Zelfs binnen hetzelfde weefsel reageert elke cel anders op invloeden uit zijn omgeving. De nieuwe chip maakt het mogelijk om (stam)cellen te isoleren en lange tijd gecontroleerd in een natuurlijke 3D-omgeving te kweken. Zo kan je de effecten van nieuwe medicijnen op individuele cellen testen, op fundamenteel niveau ziektes onderzoeken en celtherapieën efficiënter maken. In het huidige onderzoek lieten de UT-wetenschappers bijvoorbeeld zien dat ze, door de samenstelling van de microgel te veranderen, individuele stamcellen kunnen laten ontwikkelen tot specifieke celtypes zoals bot- of vetcellen.
Het is ook mogelijk om de microgels te gebruiken als bouwblokjes voor het printen van weefsels met een complexe interne structuur, zoals de UT-onderzoekers al lieten zien in een publicatie eerder dit jaar.
Met de nieuwe chip kun je per seconde enkele honderden microgels met individuele cellen maken. Dit lijkt veel, maar voor veel klinische toepassingen is deze snelheid nog te laag. Kamperman: “We testen op dit moment een verbeterd prototype om tot duizend keer sneller te kunnen produceren. Hierdoor kan de microgeltechnologie uiteindelijk ook in de kliniek worden toegepast.”
Onderzoek
Het onderzoek is uitgevoerd door Tom Kamperman, Sieger Henke, Marcel Karperien en Jeroen Leijten van de vakgroep Developmental BioEngineering van UT-onderzoeksinstituut MIRA, in samenwerking met UT-alumnus Claas Willem Visser die werkzaam is bij Harvard. Het onderzoek is financieel mede mogelijk gemaakt door het reumafonds en NWO.
Meer informatie
Voor meer informatie, interviewverzoeken, of een digitale versie van de artikelen ‘Centering Single Cells in Microgels via Delayed Crosslinking Supports Long-Term 3D Culture by Preventing Cell Escape’ en ‘Single Cell Microgel Based Modular Bioinks for Uncoupled Cellular Micro- and Macroenvironments’ kunt u contact opnemen met UT-persvoorlichter Joost Bruysters.
