Diervrij perspectief voor organoïdenkweek – Promotie Joost Wijnakker

De noodzaak van diervrije organoïdenkweek

Organoïden zijn mini-organen die in het laboratorium worden gekweekt uit menselijke stamcellen. Ze bieden onderzoekers de mogelijkheid om te onderzoeken hoe organen werken, hoe ziektes ontstaan en om nieuwe medicijnen te testen. Tot nu toe werden ze bijna altijd gekweekt met Matrigel, een gel die is gemaakt uit muizentumoren. Dat materiaal is duur, de samenstelling wisselt per batch en het is niet geschikt voor gebruik bij mensen. Daardoor liep de technologie lange tijd tegen grenzen aan.

De sleutelrol van integrines

“Om organoïden diervrij te kunnen kweken, moesten we eerst precies begrijpen welke signalen stamcellen nodig hebben om te groeien,” legt Joost uit. “Integrines bleken daarbij een heel belangrijk onderdeel.” Integrines zijn de receptoren waarmee cellen hun omgeving registreren. Samen met integrine-expert Timothy Springer en organoid-expert Wim de Lau werd slim gebruik gemaakt van bestaande antilichamen en konden zij precies bepalen welke integrines belangrijk zijn voor de groei van organoïden. Zo ontdekte zij samen dat vooral integrine β1 essentieel is voor de groei, de oriëntatie van de cellen en het overleven van organoïden. Dit inzicht vormde de basis voor zijn zoektocht naar een diervrij alternatief voor Matrigel.

Een onverwachte oplossing: het bacteriële eiwit Invasin

Die zoektocht leidde tot een verrassende ontdekking. Joost ontdekte dat een klein deel van het bacteriële eiwit Invasin meerdere integrine β1-receptoren tegelijk kan activeren. “Natuurlijke matrixeiwitten kunnen meestal maar één soort receptor aanspreken, maar Invasin werkt als een soort universele activator van meerdere integrines,” legt Joost uit. “Daarmee lijkt het op verschillende onderdelen van de extracellulaire matrix tegelijk.” In latere studies bleek dat Invasin zelfs sterker werkt dan sommige bestaande moleculen: een zogenoemde superagonist. De eerste resultaten van dit werk verschenen in 2024, toen Joost liet zien dat Invasin organoïden in 2D kan laten groeien op platte oppervlakken. Dit werd samengevat in een eerder nieuwsbericht van het Hubrecht Instituut.

Van 2D naar 3D in een volledig synthetisch systeem

Joost bouwde verder op deze ontdekking door Invasin te combineren met een volledig synthetische gel, de PIC-gel ontwikkeld door Professor Paul Kouwer. Dat maakte het mogelijk om organoïden ook in 3D te kweken, vergelijkbaar met hoe dat eerder in Matrigel gebeurde. Deze bevindingen zijn recentelijk beschreven in dit nieuwsbericht. Het bleek dat organoïden in de PIC–Invasin-gel goed groeien, hun structuur behouden en over langere tijd kunnen worden onderhouden. Joost: “Toen we zagen dat organoïden echt konden groeien op alleen Invasin, wisten we: dit kan de manier waarop we organoïden kweken veranderen.”