De constructie van het menselijk hoornvlies op een chip.

De stijgende prevalentie van oogziekten en onze toenemende levensverwachting heeft de vraag naar oogheelkundige therapieën versneld. Hoewel er een duidelijke markt is voor nieuwe oogheelkundige geneesmiddelen, moeten deze geneesmiddelen ook veilig zijn. Er zijn twee standaardbenaderingen voor preklinische drugstests; 1) de in vitro benadering waarbij menselijke cellen of cellijnen voornamelijk op plastic worden getest, en 2) in vivo diermodellen van specifieke ziekten. Geen van deze benaderingen is ideaal, aangezien beide aanzienlijk afwijken van de echte menselijke in vivo status en de natuurlijke omgeving van de hoornvliescellen. Bovendien kunnen bijwerkingen optreden bij de patiënten die niet in vitro of in vivo in de diermodellen zijn opgetreden maar wel verwoestende gevolgen voor de patiënten kunnen hebben . Organ-on-chip (OoC)-technologie is een opkomende biomedische discipline die een driedimensionale dynamische weefselomgeving wil vormen om de menselijke fysiologie beter te modelleren. OoC is voortgekomen uit de computertechnologie en heeft als doel de kleinst mogelijke functionele eenheid te reproduceren die de chemische, mechanische en functionele aspecten van menselijke organen vertegenwoordigt. Dit op microfluïde celkweekchips waar meerdere menselijke celtypen samen kunnen groeien en op elkaar inwerken zoals in het weefsel. Het potentieel van OoC in de oogheelkunde, en met name het hoornvlies, is nog niet ten volle benut. Het hoornvlies is van uitgesproken farmacologisch belang, omdat de meeste oculaire medicijnen als oogdruppel worden toegediend. Huidige oftalmologische in vitro modellen zijn beperkt tot slechts één of twee lagen van het hoornvlies. In werkelijkheid is het hoornvlies een zeer complex 'orgaan' bestaande uit vijf lagen, die elk een zeer specifieke fysiologie en functionele rol hebben. OoC-technologie maakt het mogelijk om een echte cornea-on-a-chip te maken, inclusief elke hoornvlieslaag, waarbij de natuurlijke staat zo dicht mogelijk wordt benaderd. De transparantie van het hoornvlies is het gevolg van het complexe samenspel tussen de cellen en de omliggende ondersteunende structuren. Wanneer een van de lagen is aangetast, beïnvloedt dit rechtstreeks de integriteit van het hoornvliesstelsel, wat mogelijk kan leiden tot cellulaire schade of celdood, wat op zijn beurt direct invloed heeft op het gezichtsvermogen. Elke laag van het hoornvlies speelt een rol in het geneesmiddelabsorptieproces. De epitheellaag van het hoornvlies is lipoïdaal van aard en fungeert als de eerste weefselbarrière voor medicijnabsorptie. Anderzijds is het stroma hydrofiel en omvat 90% van de dikte van het hoornvlies. Het endotheel is de binnenste laag, een barrière die stroma scheidt van voorkamervocht. Deze laag helpt de transparantie te behouden dankzij het pomp- en lekmechanisme dat het stroma in een relatief gedehydrateerde toestand houdt. Naast problemen met betrekking tot de absorptie van de geneesmiddelen, vermindert de metabolisatie door corneale enzymen ook de biologische beschikbaarheid van geneesmiddelen. De werking van de drie hoornvlieslagen zorgt voor homeostase en dus transparantie. De medicijnen om ooggerelateerde aandoeningen te behandelen, evenals postoperatieve medicatie (hypotensieve druppels, antibiotica, mydriatica en ontstekingsremmende medicijnen) worden lokaal aangebracht en moeten door het hoornvlies reizen waar ze off-target schade kunnen veroorzaken. Het hoornvliesmodel dat in dit project wordt voorgesteld omvat de drie belangrijke hoornvlieslagen: epitheel, stroma en endotheel. In bestaande in vitro modellen wordt meestal alleen het epitheel en in zeer weinig gevallen een deel van het stroma opgenomen. Het doel van het project is een proof-of-concept te leveren voor de productie en de validatie van een cornea-on-chip-model van het complete menselijke hoornvlies inclusief alle cellagen, dat de fysiologische omgeving precies nabootst om menselijk hoornvlies zo goed mogelijk te benaderen.

Trefwoorden:OFTALMOLOGIE, HOORNVLIES, ORGAAN-OP-CHIP, IN VITRO MODEL

Disciplines:Celgroei en -ontwikkeling, Cellulaire interacties en extracellulaire matrix, Oogheelkunde, Weefselengineering