De ontwikkeling van organoïden heeft veel betekend voor het onderzoek naar het functioneren van menselijke organen en weefsels. De mini-organen kunnen de processen binnen het menselijk lichaam goed nabootsen. Toch komen sommige van de ontwikkelde organoïden nog niet volledig overeen met de organen in ons lichaam. Daarom hebben onderzoekers van de Organoid groep, waaronder universitair hoofddocent Carmen Lopez-Iglesias en professor Peter Petersen van de Universiteit Maastricht, een verbeterde versie van de dunne darm organoïden ontwikkeld. Deze organoïden bevatten alle soorten cellen van de menselijke dunne darm.

Ontbrekende Paneth cellen

De dunne darm bestaat uit veel verschillende soorten cellen, waaronder enterocyten, stamcellen en Paneth cellen. Samen vormen deze cellen de barrière tussen de kant waar het gegeten eten langskomt en de kant waar de bloedvaten en immuuncellen zich bevinden. De stamcellen maken continu nieuwe cellen aan, waardoor deze barrière behouden blijft. De Paneth cellen zijn in de darmen voornamelijk van belang voor de bestrijding van infecties. Hiervoor produceren de cellen zogenoemde antimicrobial peptides. Deze moleculen remmen schadelijke bacteriën, waardoor ze de darm niet kunnen infecteren. Als er geen actieve Paneth cellen aanwezig zijn in de darm, zal de dunne darm vatbaarder zijn voor infecties. Dit is het geval bij verschillende ziektes, waaronder inflammatory bowel disease (IBD). In de vorige versie van dunne darm organoïden ontbraken Paneth cellen. Hierdoor waren de miniatuur dunne darmen geen volledige representatie van de originele, gezonde menselijke dunne darmen. Onderzoekers van de Organoid groep sloegen de handen ineen met andere wetenschappers om verbeterde organoïden te ontwikkelen, inclusief Paneth cellen.

Verrassend resultaat

Om te bestuderen hoe de vorming van Paneth cellen gestimuleerd kon worden, hebben de onderzoekers veel verschillende moleculen getest. Op deze manier ontdekten zij dat het molecuul Interleukine-22 (IL-22) het aantal en de activiteit van Paneth cellen verhoogde. Dit effect kwam als een verrassing. Onderzoeker Gui-Wei He legt uit waarom: “Op het moment wordt gedacht dat IL-22 de functie van stamcellen kan verbeteren. Onze studie laat zien dat dit niet gebeurt, maar dat IL-22 eigenlijk de activatie van Paneth cellen stimuleert.” Aan de hand van het ontdekte effect, gebruikten de onderzoekers IL-22 om het aantal actieve Paneth cellen in de menselijke dunne darm organoïden te stimuleren. Dit heeft uiteindelijk geleid tot de ontwikkeling van organoïden die de gezonde dunne darmen in het menselijk lichaam goed nabootsen.

Toekomstig onderzoek

Nu geoptimaliseerde organoïden van de menselijke dunne darm beschikbaar zijn, kunnen onderzoekers nieuwe stappen zetten in hun onderzoek. Zo kunnen zij bijvoorbeeld mutaties maken in het DNA van de cellen in de organoïden. Op deze manier kunnen de onderzoekers bepalen hoe mutaties – die voorkomen bij ziektes als IBD – de functie van de dunne darm veranderen.

Bron: Hubrecht Institute