De menselijke darm is essentieel voor zowel de spijsvertering als voor het opnemen van voedingsstoffen en medicijnen. Voor elk type onderzoek waarbij darmen betrokken zijn, hebben wetenschappers onderzoeksmodellen nodig die de fysiologische situatie in de mens zo nauwkeurig mogelijk weergeven.
Standaardcellijnen en dierproeven hebben bepaalde nadelen. Een belangrijk probleem is het gebrek aan toepasbaarheid van de resultaten op mensen. Nu heeft een multidisciplinair onderzoeksteam op het gebied van voedingswetenschap, algemene geneeskunde en scheikunde aangetoond hoe een modern in vitro model – gemaakt van menselijke darmbiopten – verschillende vragen kan beantwoorden over de moleculaire processen in de menselijke darm.
Het meten van het transport van voedingsstoffen en geneesmiddelen in de darmen
Onderzoekers Eva Rath en Tamara Zietek hebben enkele jaren geleden al enkele toepassingsgebieden van darmorganoïden aangetoond. Dit zijn microstructuren vergelijkbaar met de darmen, die bruikbaar zijn voor het wetenschappelijke veld dat het gastro-intestinale systeem onderzoekt.
Deze miniatuurdarmen kunnen bijvoorbeeld dienen als model voor het onderzoeken van hormoonafgifte en transportmechanismen van voedsel of medicatie in het spijsverteringskanaal. Eerder werden deze microstructuren met hun gelijkenis met darmen gekweekt uit muisweefsel. Nu heeft het team een manier gevonden om deze methode toe te passen op miniatuurdarmen die zijn gegroeid uit menselijk weefsel, waardoor het methodologische spectrum wordt uitgebreid.
Organoïden bestaan uit zogenaamde epitheelcellen – een cellaag die dient als barrière tussen de inhoud van de darmen, inclusief de darmflora, wetenschappelijk bekend als “microbiota”, en de binnenkant van het lichaam. Deze cellen zijn niet alleen verantwoordelijk voor het opnemen van voedingsstoffen en medicijnen; hun metabolisme heeft een effect op verschillende functies in alle delen van het lichaam.
“Veel moleculaire aspecten van de opname van nutriënten in de darmen zijn nog onbekend. We weten echter dat sommige nutriëntentransporteurs ook een rol spelen bij de opname van geneesmiddelen”, legt Eva Rath uit, wetenschapper bij de leerstoel Voeding en immunologie bij TUM.
In hun laatste publicatie illustreren de onderzoekers hoe het transport van voedingsstoffen en medicijnen en de daaropvolgende metabolische veranderingen in organoïden gemeten kunnen worden. “Dit maakt de weg vrij voor gebruik van dit model in medische en farmaceutische toepassingen zoals het screenen van geneesmiddelen”, voegde Rath eraan toe.
Een beter alternatief voor dierproeven
“Bij het bestuderen van ziekten of het uitvoeren van drugsscreenings, is het van cruciaal belang om toegang te hebben tot een menselijk testsysteem zoals menselijke organoïden om te voorkomen dat soortspecifieke testresultaten worden verkregen”, zegt Tamara Zietek, die deel uitmaakt van de leerstoel Nutritional Physiology bij TUM. .
Ze voegde eraan toe dat “organoïden in de afgelopen jaren een van de meest veelbelovende in-vitromodellen zijn geworden vanwege hun hoge fysiologische relevantie; ze bieden ook een op mensen gebaseerde alternatieve methode voor dierproeven.”
De door het onderzoeksteam opgezette processen zijn van bijzonder belang voor zowel fundamenteel onderzoek als geneesmiddelenontwikkeling, maar ook met betrekking tot regelgeving op het gebied van veiligheidstesten voor chemicaliën en andere agentia.
Links