Puzzelen om een kniegewricht op een chip te maken

Zelf is Laurens ‘enorm verrast’ door het winnen van de prijs voor jonge, veelbelovende wetenschappers. ’’Mijn scriptiebegeleider vertelde dat hij mijn scriptie had ingestuurd. Maar dat was ik vergeten’’, vertelt hij lachend. ’’Wat ik met het prijzengeld doe? Misschien ga ik op reis en dan wil ik meteen op bezoek gaan bij een ander onderzoeksinstituut dat zich bezighoudt met organen op chips. Klinkt dat ‘nerdy’? Ik vind dat écht interessant.’’

Al in de collegebanken werd Laurens, die ‘biomedical engineering’ aan de Universiteit Twente studeerde, gegrepen door het fenomeen ‘orgaan op een chip’. Het idee daarvan is dat je mini-organen ontwikkelt en op een chip - een ‘miniatuur device’ - plaatst zodat je er onderzoek mee kunt doen.

’’We hadden colleges over de ontwikkeling van nieuwe medicijnen en het feit dat de zoektocht naar nieuwe moleculen als werkzame stof voor een geneesmiddel vaak verkeerd loopt’’, vertelt hij. ’’Ik dacht meteen ‘dat moet beter kunnen’. En ik las vervolgens veel over organen op chips. Dat vond ik heel erg interessant, zowel vanuit technisch als biologisch perspectief.’

Tijdens zijn zoektocht naar een afstudeerproject voor zijn masterstudie kwam hij in contact met de onderzoeksgroep van professor Marcel Karperien. Die doet bij de Universiteit Twente onderzoek naar de degeneratie van kraakbeen bij artrose met behulp van organen op een chip. ’’Ze hadden al twee modellen van chips gemaakt voor twee belangrijke weefsels in het kniegewricht: het kraakbeen en het gewrichtskapsel. Mijn onderzoek gaat over hoe je deze kunt combineren in één chip.’’

Het maken van een kniegewricht op één chip is niet eenvoudig, vertelt Laurens. Hij legt uit dat de cellen van het kraakbeen en de cellen van het gewrichtskapsel zich moeilijk laten verenigen op een chip. ’’Probleem bij het combineren van celtypen is dat ze allemaal een andere combinatie factoren vereisen om optimaal te functioneren.’’

Laurens en zijn collega’s onderzochten hoe ze cellen van het kraakbeen en het gewrichtskapsel toch goed met elkaar kunnen laten communiceren. ’’Ik heb met mijn onderzoek vanuit zowel de technische als de bio-engineering hoek gekeken hoe je een relevant model kunt maken dat tegelijkertijd zo simpel mogelijk is.’’
 

‘Je wil eerst een gezond gewricht namaken op een chip’

Vanuit de technische hoek berekende hij hoe groot het kraakbeenweefsel op de chip moet zijn ten opzichte van het gewrichtskapsel. Terwijl hij vanuit de bio-engineering kant bestudeerde of hij een algemeen kweekmedium kon ontwikkelen dat zowel het milieu van kraakbeencellen als gewrichtskapselcellen ondersteunt.

Hij vervolgt: ’’Je wil eerst een gezond gewricht namaken op een chip en pas daarna wil je simuleren wat er gebeurt als een gewricht ziek wordt. Eerst heb ik de twee chipmodellen apart bestudeerd. Nu, tijdens mijn promotieonderzoek, wil ik daadwerkelijk kijken hoe ik ze kan koppelen.’’

’’Je krijgt bij artrose een ontstekingsreactie die telkens verergert. Daardoor ontstaat een vicieuze cirkel van kraakbeendegeneratie. Liefst wil je een zo vroeg mogelijk stadium kunnen bepalen welke medicatie iemand nodig heeft om de ziekteprogressie te vertragen. Want dat is een van de grootste problemen die we nu hebben. Voor artrose hebben we nu geen medicatie om progressie tegen te gaan, alleen voor symptoombestrijding. Dat zou met behulp van die stamcellen in combinatie met de kniegewricht-op-chiptechnologie misschien kunnen lukken.’’

‘Op moleculair niveau zit artrose ingewikkeld in elkaar’

Laurens komt meteen met een nuance. ’’Ons idee staat nog in de kinderschoenen. We hebben twee modellen, we hebben een idee van hoe het uiteindelijk kan werken. Daarbij verandert de kennis over artrose voortdurend. Een deel daarvan kunnen we meenemen in de nieuwe modellen die we ontwikkelen. Daarnaast ben ik bezig met het ontwerpen van een platform waarop ik de modellen aan elkaar kan koppelen. Ik ben daarmee op het punt gekomen waarvan ik denk ‘we gaan proberen of het kan’.’’

De lange onderzoeksweg die nog voor hem ligt, staat Laurens niet tegen. ’’Het is mooi om hiermee bezig te zijn. Artrose is een maatschappelijk relevant probleem. Het onderzoek dat ik doe is fundamenteel, maar hopelijk is het ook zo snel mogelijk toepasbaar in de praktijk.’’

Hij vervolgt: ’’Als je het zo hoort, lijkt het ontwikkelen van een kniegewricht op een chip heel eenvoudig. Maar op moleculair niveau zit artrose ingewikkeld in elkaar. Ik hou van puzzelen. Van mij hoeft het niet zo te gaan van ‘ik begin met a en eindig met z’. Het mag ook allemaal heel anders lopen. Dat maakt het uitdagend en interessant.’’