Slangenbeten zijn een humanitaire crisis die jaarlijks miljoenen mensen treft, maar zelden het nieuws haalt. Naar schatting sterven jaarlijks tussen de 80.000 en 140.000 mensen aan een gifslangenbeet, en vier keer zoveel mensen lopen blijvend letsel op.

Onderzoek naar de werking van slangengif kan helpen dit in de toekomst te voorkomen, maar blijft lastig in uitvoering. Wetenschappers van Naturalis Biodiversity Center, de VU en biotechbedrijf Mimetas onderzochten in piepkleine bloedvaatjes die ze in het lab hadden laten groeien wat er precies kapot gaat en hoe slangengif werkt.

Een team van Nederlandse onderzoekers is erin geslaagd om met een zogeheten orgaan-op-een-chip een 3D-model te bouwen van imitatie-bloedvaatjes. Deze nieuwe aanpak van imitatie-bloedvaten verbetert traditionele onderzoeksmethoden, zoals het gebruik van proefdieren of celkweekjes, door menselijke bloedvaten na te bootsen.

Hoe Werkt een Bloedvat op een Chip?

Zo’n chip is in feite een kunststof cassette met daarin minuscule kanaaltjes van ongeveer een centimeter lang met een doorsnee van nog geen halve millimeter. De wanden van die kanaaltjes zijn bekleed met collageen, een belangrijk bestanddeel van ons bindweefsel.

De onderzoeker legt uit: „Daar kun je endotheelcellen tegenaan laten groeien: de cellen die de binnenbekleding van bloedvaten vormen. Die cellen vormen verbindingen met het collageen. Net als in het lichaam. Zo boots je de kleinste haarvaatjes na, die wanden hebben van slechts één cellaag dik.”

Het 3D-bloedvatmodel, genaamd MIMETAS' OrganoReady® Blood Vessel HUVEC, draagt daarmee bij aan het beter begrijpen van de beschadigende effecten van slangengif op de bloedvaten en de rest van het lichaam. Bittenbinder: “Het model geeft nauwkeurig inzicht in hoe gifstoffen de bloedvaten aanvallen.

Voordelen van het Gebruik van een Bloedvatmodel voor Gifonderzoek

Gifexpert Mátyás Bittenbinder van VU en Naturalis legt uit: “Het voordeel van zo’n bloedvatmodel voor gifonderzoek, is dat het rekening houdt met verschillende belangrijke invloeden waar het lichaam mee te maken heeft. Zoals het stromen van het bloed, of de bouw en vorm van een bloedvat.”

Toxicologisch onderzoek met cellen gebeurt doorgaans in het platte vlak, namelijk in petrischaaltjes, vertelt eerste auteur Mátyás Bittenbinder. Bij Naturalis en de VU doet hij promotieonderzoek naar de werking van slangengif.

„Maar zo’n 2D-model is niet representatief voor hoe bloedvaten écht werken. In een bloedvat heb je bijvoorbeeld te maken met bloeddruk en stroming, die spanning opleveren op de vaatwand. Dat wilden wij graag beter nabootsen.”

Daarnaast zijn er nog meer voordelen:

  • Minder proefdieren nodig
  • Ethischere en goedkopere keuze
  • Realistischere en betrouwbaardere resultaten

De Werking van Slangengif op Bloedvaten

Een beet van een gifslang veroorzaakt vaak hevige (interne) bloedingen. Dit komt doordat het gif dan de bloedsomloop aanvalt door bloedvaten kapot te maken en de bloedstolling te saboteren.

Het experiment bracht twee manieren aan het licht waarop de vaatwanden kapot gaan - én toonde aan dat deze bloedvaatjes-op-een-chip geschikt zijn voor zulk toxicologisch onderzoek. Het is een team van Nederlandse onderzoekers gelukt om met een zogeheten orgaan-op-een-chip een 3D-model te bouwen van imitatie-bloedvaatjes.

Ze brengen daarmee vervolgens in kaart hoe slangengif bloedvaten aanvalt, en onthullen twee mechanismen waarlangs interne bloedingen kunnen ontstaan: het gif maakt het membraan van de endotheelcellen aan de binnenkant van bloedvaten kapot of zorgt ervoor dat de endotheelcellen loskomen van de matrix waarin ze liggen - in beide gevallen gaan de bloedvaten lekken.

Slangengif doet op dat niveau twee dingen, zagen de onderzoekers. Bittenbinder: „Sommige giffen maken die verbindingen tussen cellen en collageen kapot, waardoor de hele vaatwand als het ware inzakt. Andere giffen beschadigen het celmembraan van de vaatwandcellen zelf.”

De werking van het bloedvatmodel is getest met het gif van een brilcobra (Naja naja), West-Afrikaanse zaagschubadder (Echis ocellatus), veelstreepkrait (Bungarus multicinctus) en de Mozambicaanse spugende cobra (Naja mossambica).

Toepassingen en Toekomstperspectief

Nu dat bekend is, kunnen celbiologen verder zoeken naar manieren om die twee processen te stoppen. „Het mooiste zou zijn als dat kan met goedkope, simpele antigiffen die behandeling voor veel meer mensen toegankelijk maken. Daar kunnen we nu gerichter naar op zoek.”

Tegelijkertijd willen de onderzoekers hun model verder ontwikkelen. „Nu stroomt er bijvoorbeeld nog alleen groeimedium doorheen”, zegt Bittenbinder. „We zijn benieuwd wat er gebeurt in aanwezigheid van bloedplaatjes en witte en rode bloedcellen.

Beter onderzoek naar slangengif kan helpen betere tegengiffen te ontwikkelen - en misschien wel preventiemiddelen. „Maar dan moeten we wel eerst weten wat precies de werkingsmechanismen van slangengif zijn”, zegt Bittenbinder.

Het model geeft nauwkeurig inzicht in hoe gifstoffen de bloedvaten aanvallen. Dat konden de onderzoekers onder de microscoop in detail bekijken dankzij de bloedvaatjes-op-een-chip.

De organ-on-a-chip-technologie is nog relatief nieuw op het gebied van ziektemodellering en therapeutisch testen, vertelt Jouybar. Het bestaat nu volgens hem zo’n vijftien jaar. De techniek is volgens hem een goed alternatief voor of een aanvulling op diermodellen.

Bovendien voegt hij toe dat het een ethischere en goedkopere keuze is om dezelfde inzichten te krijgen als bij diermodellen. In een orgaan-op-een-chip laten onderzoekers menselijke orgaancellen groeien in een hydrogel en/of in kleine microkanaaltjes.

labels:

Zie ook: