The gut-kidney axis on-a-chip that allows kidney disease interventions studies

Ontwikkelen van een darm-nier chip om de vorming en opname van uremische toxines in de darm en vervolgens de uitscheiding in de urine door de nier na te bootsen. Meer inzicht in de bijdrage van een verstoorde darmwerking aan CKD. Uiteindelijk het ontwikkelen van interventies die bij nierpatiënten leiden tot een vermindering van uremische toxines.

Nierziekten vormen wereldwijd een toenemend gezondheidsprobleem. In Nederland lijden ongeveer anderhalf miljoen mensen aan een (beginnende) vorm van nierfalen, wat op den duur kan leiden tot een verlies van nierfunctie (chronisch nierfalen (CKD)). Bij patiënten met CKD neemt de hoeveelheid schadelijke afvalstoffen (uremische toxines) in het bloed toe, wat 'uremie' wordt genoemd en waardoor een verhoogd risico op ziektes en overlijden ontstaat. Recent werd duidelijk dat uremie niet alleen ontstaat doordat de nieren niet meer goed in staat zijn om uremische toxines uit te scheiden, maar ook door een toename in de productie van deze stoffen door de darm. De benaming voor dit mechanisme is de darm-nier-as. Er blijkt een relatie te bestaan tussen uremie en een veranderde samenstelling en stofwisseling van de darmflora, met een afname van gezonde groepen darmbacteriën en een toename in de productie van uremische toxines. Maar de bijdrage van een verstoorde darmwerking aan het ontstaan van CKD is nu niet goed begrepen.

Om te onderzoeken hoe uremische toxines de processen binnen de nier en de darm beïnvloeden is een modelsysteem nodig. Recent heeft de onderzoeksgroep hele kleine nierbuisjes, bestaande uit gekweekte menselijke niercellen op een hol buisje in een mini-doorbloedingssysteem, ontwikkeld. Met behulp van deze 3-dimensionale opzet is het mogelijk om te voorspellen hoe de nier met de uitscheiding van afvalstoffen omgaat. Overeenkomstig met dit model heeft de onderzoeksgroep een darmbuisje ontwikkeld. In dit project gaan de onderzoekers een darmbuisje aan een nierbuisje koppelen om het proces van uremische toxinevorming in de darm en de uitscheiding via de nier te bestuderen. Dit modelsysteem is de darm-nier chip. Als de darm-nier chip de processen goed nabootst, dan kan het toegepast worden in uitgebreid vervolgonderzoek waarbij de darm-nier-as centraal staat. Het modelsysteem kan voorspellingen doen die relevant zijn voor nierpatiënten, en mogelijk bijdragen aan het ontwikkelen van interventies.

Vraagstelling:
1. Koppelen van een darmbuisje en een nierbuisje om de vorming en opname van uremische toxines in de darm en vervolgens de uitscheiding in de urine door de nier na te bootsen (darm-nier chip).
2. Valideren van de darm-nier chip.
3. Bestuderen van de processen na toevoeging van twee vormen van uremische toxines (bloed en vocht van ontlasting van CKD patiënten).

De onderzoekers zijn erin geslaagd om een model te ontwikkelen waarmee de interactie tussen darmen en nieren kan worden bestudeerd, onder gezonde omstandigheden en bij nierfalen. Het systeem, wat bestaat uit humane cellen op een zogenaamde chip, is modulair wat betekent dat het gemakkelijk is om er ook andere organen, zoals de lever en delen van het immuunsysteem, aan toe te voegen. Hiervoor hoeft het systeem alleen te worden aangepast aan de extracellulaire matrix (een structuur buiten de cel die stevigheid en structuur aan weefsels biedt) van het overeenkomstige orgaan.

Het onderzoek heeft verder aangetoond dat uremische toxines (schadelijke afvalstoffen die ophopen bij patiënten met nierfalen) gedeeltelijk in de darm worden geproduceerd. Omdat de ontwikkeling van het prototype (een eerste model van de chip) meer tijd in beslag heeft genomen dan van tevoren gepland, is het binnen dit project niet gelukt om de chip te testen met patiëntmonsters. Dit zal gedaan worden binnen vervolgonderzoek, waarbij de Nierstichting wederom betrokken is.

Soort: Onderzoek met menselijk materiaal; fundamenteel, niet-klinisch
Onderwerp: Uremische toxines, darm-nier chip, darmflora