Reeds tientallen jaren domineren dierproeven biomedisch onderzoek, vaak voorgesteld als onvermijdelijk. Toch zijn de beperkingen ervan al lang bekend: bijna 95 % van de geneesmiddelen die – na dierproeven – als veelbelovend worden beschouwd, falen uiteindelijk bij de mens. Deze vaststelling wijst op een systemisch falen dat niet langer te betwisten valt. In dat opzicht zijn organen-op-een-chip een gamechanger. Door het functioneren van menselijke weefsels en organen met een ongeziene precisie na te bootsen, leveren zij gegevens die rechtstreeks relevant zijn voor de mens en stellen zij de legitimiteit van dierproeven in het biomedisch onderzoek zelf ter discussie.
Organen-op-een-chip zijn kleine apparaatjes, ook wel microfysiologische systemen genoemd. Ze zijn ongeveer zo groot als een USB-stick en gemaakt van kunststof of flexibel materiaal. In deze chips kunnen onderzoekers het gedrag van menselijke organen nabootsen, bijvoorbeeld van de longen, lever of darmen. Zo kunnen ze bestuderen hoe het menselijk lichaam werkt en hoe het reageert op medicijnen, zonder daarvoor meteen proefdieren of mensen te gebruiken.Binnenin worden levende menselijke cellen georganiseerd tot weefsels, doorkruist door microscopisch kleine kanaaltjes waarin vloeistoffen circuleren. Deze weefsels trekken samen, reageren en functioneren op een manier die sterk aansluit bij echte menselijke organen. Vandaag spreekt men over een lever-op-een-chip, long-op-een-chip, darm-op-een-chip, nier-op-een-chip of zelfs een hersen-op-een-chip.
Meer dan zestig bedrijven wereldwijd produceren inmiddels organen-op-een-chip op commerciële schaal. Ze worden al ingezet om ziektes beter te begrijpen, geneesmiddelen te testen, de toxiciteit van chemische stoffen te bestuderen en gepersonaliseerde behandelingen te onderzoeken. Voor tal van onderzoekers vormen deze instrumenten eindelijk een geloofwaardig alternatief voor het grootschalige gebruik van dieren in het laboratorium.
De pediatrisch gastro-enteroloog Sean Moore, verbonden aan de Universiteit van Virginia, ervaart dit dagelijks. In zijn laboratorium bestudeert hij menselijke darmcellen die op een chip worden gekweekt om het rotavirus te onderzoeken, een potentieel dodelijke besmetting bij jonge kinderen. In welvarende landen ontwikkelt vrijwel elk gevaccineerd kind een duurzame immuniteit. In landen met lage inkomens geldt dat slechts voor ongeveer een derde van de kinderen. Voor bepaalde protocollen gebruikt het laboratorium van Moore nog steeds muizen, maar dierstudies blijken vaak onbetrouwbaar om doeltreffende behandelingen voor de mens vast te stellen. Het aanhoudende gebruik van dierproeven biedt immers geen garantie op werkzaamheid of veiligheid voor de mens. Integendeel: de overgrote meerderheid van de geneesmiddelen die op basis van dierlijke gegevens worden ontwikkeld, bereikt nooit het klinische stadium. Ongeveer 95 % faalt tijdens testen bij de mens, hetzij door gebrek aan werkzaamheid, hetzij door ernstige ongewenste neveneffecten. Dit grote faalpercentage wijst op de geringe voorspellende waarde van diermodellen, die grotendeels te wijten is aan biologische, genetische, metabole en immunologische verschillen tussen soorten. Behandelingen die bij muizen veelbelovend lijken, blijken bij de mens soms ineffectief of zelfs gevaarlijk. Met andere woorden: dierproeven kunnen misleiden, de identificatie van werkelijk doeltreffende therapieën vertragen en middelen afleiden die beter zouden worden ingezet voor methoden die rechtstreeks relevant zijn voor de mens.
Deze vaststelling wordt door tal van experts gedeeld. Don Ingber, oprichter van het Wyss Institute aan Harvard en een sleutelfiguur in de ontwikkeling van organen-op-een-chip, verwoordt het zonder omwegen: “Iedereen in het vakgebied weet dat diermodellen slecht zijn in het voorspellen van effecten bij de mens.”
Ook op institutioneel niveau wordt deze realiteit erkend. De Food and Drug Administration (FDA), het Amerikaanse federale agentschap dat instaat voor de bescherming van de volksgezondheid en de goedkeuring van geneesmiddelen, is zich daar ten volle van bewust. Met haar centrale regelgevende bevoegdheid in de Verenigde Staten en haar internationale reputatie als referentie op het vlak van wetenschappelijke evaluatie, zette de FDA in december 2022 een belangrijke juridische stap. Met de goedkeuring van de FDA Modernization Act werd een einde gemaakt aan de systematische verplichting om dierproeven uit te voeren in preklinische tests, waardoor expliciet ruimte werd gecreëerd voor alternatieve methoden gebaseerd op menselijke biologie.
Dierproeven ogen vandaag wetenschappelijk achterhaald. Deze steeds moeilijker te ontkennen realiteit wordt bevestigd door recente vooruitgang in methoden die vertrekken van menselijke biologie. In 2022 herwaardeerde een studie met lever-op-een-chipmodellen 27 geneesmiddelen die nochtans door dierproeven waren goedgekeurd. Na commercialisering ervan hadden deze middelen echter geleid tot 242 overlijdens en 60 noodzakelijke levertransplantaties. De organen-op-een-chip identificeerden een risico bij 22 van deze stoffen, terwijl dierproeven in alle gevallen faalden.
Linda Griffith, professor aan het MIT en een pionier op dit domein, lijdt aan endometriose, een chronische ontstekingsziekte die veel vrouwen treft. Vanuit haar persoonlijke en wetenschappelijke ervaring concludeerde zij dat decennia van dieronderzoek het leven van getroffen vrouwen nauwelijks hebben verbeterd. “We hebben al die gegevens, maar ze vertalen zich niet in doeltreffende behandelingen voor menselijke aandoeningen,” legt ze uit. “Je kunt muizen dwingen tot hormonale cycli, maar dat is geen echte menstruatie. Je hebt de mens nodig. Of op zijn minst menselijke cellen.”
Het echte keerpunt kwam in 2009, toen het laboratorium van Don Ingber in Cambridge (Massachusetts) het eerste volledig functionele orgaan-op-een-chip ontwikkelde: een long-op-een-chip, bestaande uit flexibel silicone en bekleed met longcellen en cellen van bloedcapillairen, die kon ‘ademen’ zoals menselijke longblaasjes. Enkele jaren later richtte Ingber Emulate één van de eerste bedrijven gespecialiseerd in microfysiologische systemen op.
Sindsdien is hij uitgegroeid tot een ambassadeur van deze in-vitromethoden, met talloze lezingen en miljoenen dollars aan onderzoeksfinanciering tot gevolg. Hij maakte deze keuze deels uit bekommernis voor dieren, en hij staat daarin niet alleen. Steeds meer jonge wetenschappers geven vandaag aan zich ongemakkelijk te voelen bij het lijden dat dieren in onderzoeksprotocollen wordt aangedaan.
Het verhaal van de organen-op-een-chip maakt deel uit van een langdurig onderzoeksproces. Al in de jaren tachtig droomden onderzoekers van dergelijke systemen, maar de materialen en kennis van toen maakten de verwezenlijking ervan onmogelijk. Sinds 2009 is de vooruitgang in een stroomversnelling geraakt, mede dankzij aanzienlijke financiering.
Deze systemen gaan veel verder dan een loutere wetenschappelijke vooruitgang. Ze tonen concreet aan dat een andere manier van onderzoek niet alleen mogelijk is, maar ook wenselijk: onderzoek dat ethischer is, meer respect toont voor het levende en vooral veel relevanter is voor de menselijke gezondheid.
Ook Sean Moore deelt dit optimisme. In zijn laboratorium, dat door de Gates Foundation wordt gesteund, worden momenteel verschillende darmchipmodellen met elkaar vergeleken om virale werkingsmechanismen te analyseren. Zijn onderzoek heeft al aangetoond dat deze chips betrouwbare modellen zijn. “Er komen steeds nieuwe spelers bij,” merkt hij op. “En die concurrentie kan alleen maar positief zijn.”
--------------------------
Bron:
MIT Technology Review, "Is this the end of animal testing", 21 Juni 2024.