Onderzoekers van de Universiteit van Pisa hebben een model van de menselijke darm ontwikkeld dat in een laboratorium niet alleen bepaalde kenmerken van darmweefsel nabootst, maar ook de ritmische samentrekkingen waarmee de darminhoud wordt voortbewogen (peristaltiek). Met het model kunnen onderzoekers darmziekten en de effecten van verschillende stoffen nauwkeuriger bestuderen, en ook het gebruik van proefdieren in bepaalde onderzoeksfasen verminderen of vervangen. Het model kreeg de naam ‘hGutMo’.
De studie werd uitgevoerd door het biofabricatieteam onder leiding van professor Giovanni Vozzi van het Departement Informatietechnologie en het onderzoekscentrum ‘E. Piaggio’ van de Universiteit van Pisa, in samenwerking met onder meer het Brigham and Women’s Hospital en de Harvard Medical School in de Verenigde Staten. De resultaten werden in 2026 gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift ‘Results in Engineering’.
Darm in beweging
Een menselijke darm in het laboratorium nabootsen vraagt meer dan cellen. In ons lichaam staat het darmweefsel voortdurend bloot aan bewegingen, stromingen en mechanische krachten die het gedrag van de cellen beïnvloeden.
Dat is precies wat de onderzoekers in Pisa wilden reconstrueren.
Ze ontwikkelden een millifluidische bioreactor: een gecontroleerde omgeving waarin menselijke Caco-2-cellen op een drager van gelatine worden gekweekt, terwijl vloeistoffen circuleren en peristaltische bewegingen de omstandigheden in de menselijke darm nabootsen. Net die combinatie maakt dit model zo bijzonder.
De cellen krijgen mechanische prikkels te verwerken die vergelijkbaar zijn met wat ze in het menselijk lichaam ervaren. Dat is belangrijk, want zulke krachten beïnvloeden rechtstreeks hoe darmcellen zich organiseren en functioneren.
Structuren die lijken op darmvlokken
Na slechts zeven dagen dynamische kweek begonnen de cellen zich spontaan te organiseren in driedimensionale structuren die lijken op de darmvlokken van de dunne darm. Deze kleine structuren vergroten het darmoppervlak aanzienlijk en spelen een essentiële rol bij de opname van voedingsstoffen.
Het model bleef minstens 28 dagen levensvatbaar in continue kweek. De onderzoekers zagen dat de cellen onder meer villine aanmaakten, een eiwit dat kenmerkend is voor het darmepitheel (darmslijmvlies). Daarnaast stelden ze ook vast dat de cellen verbindingen vormden die bijdragen aan de samenhang van het weefsel.
Met het model kunnen verschillende parameters van de experimentele omgeving worden gecontroleerd, zoals de stroming, mechanische bewegingen en – volgens de onderzoekers – omstandigheden zoals pH, zuurstofgehalte en temperatuur. Door bepaalde systeemeigenschappen aan te passen, kunnen onderzoekers verschillende fysiologische of pathologische situaties bestuderen.
Stoffen en geneesmiddelen testen op een menselijk model
Het model is onder andere bedoeld om de biologische effecten van stoffen en geneesmiddelen te screenen, voor of tijdens de ontwikkeling van nieuwe behandelingen. Vandaag worden daarvoor nog steeds dieren gebruikt, maar met het hGutMo-model kunnen onderzoekers analyses uitvoeren met een systeem gebaseerd op menselijke cellen.
Zo zouden onderzoekers de wisselwerkingen tussen een stof en het darmepitheel kunnen nagaan of vaststellen hoe bepaalde omstandigheden bijdragen aan het ontstaan van afwijkingen of ontstekingen.
Volgens professor Giovanni Vozzi biedt het gebruik van menselijke cellen hier een belangrijk voordeel: resultaten zijn gebaseerd op de menselijke biologie en moeten niet meer van dier naar mens worden geëxtrapoleerd. Hij verwacht dat het model bepaalde screeningsfasen die nog op dieren worden uitgevoerd, zou kunnen vervangen.
Menselijke, niet dierlijke biologie als uitgangspunt
Deze aanpak illustreert de koerswijziging waarvoor GAIA pleit: de wetenschap kan modellen ontwikkelen die zich puur op de menselijke biologie baseren. Een ziekte opwekken bij proefdieren of hen een stof toedienen om daarna de resultaten naar de mens te proberen vertalen, is een omslachtige en vaak weinig betrouwbare aanpak.
Een reactie die bij een rat of muis wordt waargenomen, komt niet noodzakelijk overeen met die van een mens. Bij menselijke in-vitromodellen kunnen onderzoekers mechanismen die relevant zijn voor een specifieke onderzoeksvraag isoleren en in een gecontroleerde omgeving nabootsen.
Het in Pisa ontwikkelde model bootst niet het volledige menselijke organisme na. hGutMo omvat immers niet alle interacties met het immuunsysteem, het zenuwstelsel, andere organen of het volledige darmmicrobioom. Het is een gespecialiseerd model van het darmepitheel en zijn mechanische omgeving. Maar net die specialisatie kan het zeer relevant maken voor bepaalde onderzoeksvragen.
Darmmodel met microbioom als volgende stap?
De onderzoekers willen hun modellen nu verder verfijnen en complexer maken.
Het team in Pisa werkt ook aan systemen die het darmmicrobioom kunnen nabootsen. Dat is de ‘gemeenschap’ van micro-organismen die in onze darm leeft en een essentiële rol speelt bij onze spijsvertering, afweer en ziekten.
Op termijn willen de onderzoekers verschillende biologische modellen met elkaar verbinden om de interacties tussen de darm, het microbioom en andere organen zoals het hart of de hersenen te bestuderen. Deze aanpak past binnen de ontwikkeling van organen-op-een-chip-technologieën die menselijke functies proberen na te bootsen in gecontroleerde experimentele systemen.
Het onderzoekscentrum E. Piaggio van de Universiteit van Pisa werkt al enkele jaren aan zulke modellen op basis van de menselijke biologie die dierproeven moeten vervangen.
Van ontwikkeling tot toepassing
Het model werd onder meer ontwikkeld in het kader van een doctoraatsproject en het ‘MICRO-B’-project, dat door de Universiteit van Pisa werd gefinancierd via de oproep ‘Bando per Dimostratori Tecnologici 2022’. Voor het systeem werd, in samenwerking met een ander team van de universiteit, een octrooi aangevraagd.
Dit voorbeeld toont waarom de financiering van proefdiervrije methoden niet mag stoppen na een veelbelovend prototype. Voor een systeem als hGutMo dagelijks kan worden gebruikt door onderzoekers, bedrijven en overheden, zijn nog tal van stappen nodig: verdere optimalisering, standaardisering, goedkeuring, gebruik in andere laboratoria en erkenning door regelgevende instanties.
Volgens GAIA moeten overheden en de Europese Unie daarom niet alleen de ontwikkeling maar het volledige traject naar brede toepassing ondersteunen.
Bronnen:
Ferraro, S. (2026, 16 september). Dall’Università di Pisa un intestino artificiale che riproduce quello umano: “Un’alternativa ai test sugli animali”. Fanpage.it – Kodami.
Daddi, C., Maharjan, S., Scalzo Junior, S. R. A., et al. (2026). A millifluidic human gut model with peristalsis orchestrates villus morphogenesis. Results in Engineering, 32, 112189.
Università di Pisa. (2026, 3 september). Un intestino artificiale che si muove come quello umano: meno test sugli animali grazie al nuovo dispositivo.