Belgen sturen miniatuurhart naar de ruimte voor verouderingsonderzoek

30 augustus '23

AstroCardia ontwikkelt kunstmatig ‘ruimtehart’ om hartgezondheid te onderzoeken

Vijf Belgische bedrijven en onderzoekscentra bundelen hun krachten in het project AstroCardia. Met dat project maken ze er hun missie van om de hartgezondheid te verbeteren. En dat doen ze op een wel heel bijzondere plek: in de ruimte. Op die manier willen ze hartveroudering beter bestuderen en er een geschikt onderzoeksmodel voor creëren. Daarvoor ontwikkelden ze via 3D-bioprint een kunstmatig miniatuurhart en bijhorend bloedvatenstelsel. Die zogenaamde ‘heart-on-a-chip' vertrekt in 2025 naar het internationaal ruimtestation ISS.

Hart- en vaatziekten zijn een van de meest voorkomende doodsoorzaken ter wereld. Het risico op hart- en vaatziekten stijgt, naarmate we verouderen. Onderzoekers tasten echter deels nog in het duister waarom dat zo is. De wetenschap ontbeert natuurgetrouwe modellen om de achterliggende biologische processen bloot te leggen. Vijf Belgische partners – Space Applications Services, SCK CEN, QBD Group, BIO INX en Antleron – gooien nu hun kennis en expertise in de strijd om een geschikt studiemodel te ontwikkelen. En dat doen ze in een omgeving waar wetenschappers hartveroudering beter kunnen onderzoeken: de ruimte.

“Ons hart verandert, wanneer we ouder worden. Het wordt langzaam groter en stijver, de slagader verkalkt en de pompkracht gaat achteruit. In de ruimte zorgen factoren als stress, microzwaartekracht en straling ervoor dat die verouderingsprocessen twintig keer sneller optreden. In de ruimte spoelen we de tijd dus door. En dat geeft ons de unieke kans om onderzoeksresultaten te bekomen die we hier op aarde eenvoudigweg niet kunnen verkrijgen. Het platform dat wij zullen ontwerpen, laat onderzoek naar de mechanismen achter hartveroudering toe. Dat onderzoek zalvolledig automatisch verlopen en vanop afstand bediend worden”, aldus Hilde Stenuit, projectcoördinator en onderzoeker bij Space Applications Services.

“Heart-on-a-chip": een 3D-bioprint hartmodel

Een levend mensenhart en alle daarmee verbonden processen diepgaand onderzoeken is praktisch onmogelijk. Daarom bioprinten de onderzoekers een miniatuurhart op een chip en bouwden ze daarrond een kunstmatig bloedvatenstelsel.

Dat heet ‘heart-on-a-chip’: een chip van een paar vierkante millimeter waarop hartspiercellen zijn geprint. De ‘inkt’ bestaat uit biomaterialen en stamcellen die zich tot elke mogelijke cel in het lichaam kunnen ontwikkelen. De cellen beginnen zich te delen en zich te organiseren tot een menselijk hart in ontwikkeling – een zogenaamde hartorganoïde. Een kunstmatig bloedvatenstelsel voedt dat hart met prikkels, zuurstof en andere voedingsstoffen, totdat het volgroeid is en begint te kloppen. Daarop kunnen de wetenschappers testen uitvoeren. De grootste test staat gepland voor 2025.

Dan vertrekt zo’n heart-on-a-chip voor vier tot zes weken naar de ruimte – meer bepaald het internationaal ruimtestation ISS. Daar worden ze in real-time opgevolgd. Eenmaal op aarde zullen onderzoekers van het bedrijf QBD en het nucleaire onderzoekscentrum SCK CEN ze in detail analyseren. Het consortium hoopt met dit experiment het bewijs op tafel te leggen dat het ontwikkelde hart- en vatenstelsel in de ruimte als wetenschappelijk model voor hartveroudering werkt.

“Het miniatuurhart dat amper een chiazaadje groot is, bootst zijn menselijke variant getrouw na. De vernieuwende techniek zou het mogelijk maken om hart- en vaatziekten beter te onderzoeken en eventuele geneesmiddelen uit te testen. Het grootste voordeel is dat we ze kunnen personaliseren door stamcellen van de patiënt zelf te gebruiken. We kunnen op die manier een miniatuurversie van het hart van de patiënt kweken. Dat zou een grote sprong voorwaarts in gepersonaliseerde geneeskunde betekenen. Daar werken we samen naartoe!”, aldus Dr Kevin Tabury, expert radiobiologie van SCK CEN. Het nucleaire onderzoekscentrum is met dit project niet aan zijn proefstuk toe. Het onderzoekt sinds jaar en dag het effect van straling op hartveroudering, en dat in het kader van zowel radiotherapie als ruimtevaart.

Het grootste voordeel is dat we ze kunnen personaliseren door stamcellen van de patiënt zelf te gebruiken. We kunnen op die manier een miniatuurversie van het hart van de patiënt kweken. Dat zou een grote sprong voorwaarts in gepersonaliseerde geneeskunde betekenen.

Kevin Tabury, expert radiobiologie van SCK CEN

Bio-inkt

Om een 3D-bioprint van een orgaanchip te maken, is gespecialiseerd materiaal een absolute must. En dat houdt in: een 3D-bioprinter met micrometrische precisie, levende stamcellen en “bio-inkt”. Die stamcellen die zich tot een mini-orgaan ontwikkelen, moeten printbaar zijn en worden samengehouden. Het consortium kan daarvoor rekenen op de expertise van de Belgische start-up BIO INX. “Vergelijk het met een muur metselen. De stamcellen zijn de bakstenen, de bio-inkt de mortel. Bio-inkt is een soort gel, waardoor cellen printbaar worden en waarin ze tijdens en na het printen kunnen overleven”, aldus Jasper Van Hoorick, CEO bij BIO INX.

Technologisch hoogstandje

Het kunstmatige bloedvatenstelsel wordt een technologisch hoogstandje dat de AstroCardia-partners ontwikkelen samen met het R&D-bedrijf Antleron. “Dit project levert waardevolle inzichten in de fysiologie van hartorganoïden. Het is dan ook van groot belang dat de chip waarop we dat miniatuurhart zullen printen, de extreme omstandigheden in de ruimte aankan. We zijn vereerd dat we met onze kennis daaraan kunnen bijdragen”, aldus Jan Schrooten, CEO van Antleron. “Met dit project kijken we voorbij de horizon. We houden ons vandaag al bezig met de problemen waar de maatschappij morgen al mee te maken krijgen. Een gezond hart is niet enkel van belang voor wie nu een cardiovasculaire ziekte lijdt, maar ook voor gezonde astronauten die de ruimte verkennen”, besluit Martijn Reniers, CIO bij QBD.