Veel laboratoria wagen zich niet aan dit soort onderzoek, zegt Pengfei Li. „Als je één keer vergeet de voedingsstoffen te verwisselen, of wanneer er per ongeluk een vervuiling is, dan ben je maanden aan werk kwijt.” Pengfei Li, postdoctoraal onderzoeker aan het Erasmus MC in Rotterdam, staat in het lab waar hij al zes jaar organoïden kweekt. Hij gebruikt de menselijke miniorgaantjes onder andere om de werking en behandeling van virussen als hepatitis en corona te onderzoeken.
Uit een incubator haalt hij een perspex bakje met twaalf ronde vakjes waarin een gelige zoutoplossing zit: de voedingsstoffen. Onder aan elk vakje zit een melkwitte druppel gel, waarin de organoïde – in dit geval van de darm – kan groeien. Ze hebben vergelijkbare functies als volwaardige organen, maar vereisen nauwkeurige verzorging. „We verversen de voeding elke 48 uur.”
Hij is net terug van een achtdaagse vakantie. Een uitzondering, zegt hij. „Ik ben single en mijn familie bezoek ik alleen met Chinees nieuwjaar. Bijna al mijn tijd in Nederland besteed ik daarom aan mijn onderzoek.” En dat werpt vruchten af. Sinds hij in 2018 begon aan zijn PhD in Rotterdam, werkte hij mee aan meer dan veertig publicaties. Zijn thesis en zijn onderzoek naar het mpox-virus, voorheen het apenpokkenvirus, leverde hem twee prijzen op van de Nederlandse Vereniging voor Medische Microbiologie.
Je bestudeert een bonte verzameling virussen. Hoe komt dat?
„Toen ik begon met mijn PhD zou ik mij vooral op hepatitis E richten. Maar twee jaar later, tijdens de lockdown, zat ik thuis en was het nog maar de vraag of ik mijn PhD kon afmaken. Ik voelde me tegengehouden door het virus, dus besloot ik met mijn copromotor om daar maar iets aan te gaan doen. Zo heb ik onderzocht welke medicijnen kunnen helpen tegen de Omikron-variant. Het jaar daarop diende mpox zich aan in Nederland en besloot ik mij ook daarop te werpen.”
Hoe maak je organoïden?
„We kweken ze op twee manieren. Lever- en darmorganoïden isoleren we uit het weefsel van patiënten die onlangs geopereerd zijn, en huidorganoïden worden gemaakt door cellen uit het bloed of de huid te herprogrammeren tot stamcellen. Die kun je met behulp van groeistoffen opkweken tot verschillende celtypen, die uitgroeien tot mini-orgaantjes.”
Wanneer hij het doosje met darmorgaantjes onder de microscoop legt, is een veld van onregelmatig gevormde cellen te zien. Ze bevinden zich op enige afstand van elkaar en lijken op verschillende diepte in de gel te groeien. „Als ze niet blij zijn, dan kun je het zien, dan is het weefsel donker en vervormd.”
Je kunt proefdieren gebruiken, maar die ontwikkelen niet dezelfde zweren als mensen
Wat maakt het kweken zo lastig?
„Het duurt weken tot maanden voordat een organoïde volgroeid is. In die tijd moet je het op de juiste momenten de juiste groeihormonen en eiwitten toedienen, en de organoïde opsplitsen en overplaatsen, zodat je overbevolking voorkomt. Organoïden gemaakt van patiëntenweefsel groeien bovendien vrij langzaam, zeker wanneer de donor al wat ouder is.
„Bovendien hebben de meeste organoïden geen eigen immuunsysteem, waardoor ze gemakkelijk geïnfecteerd raken door bacteriën of schimmels.”
En toch neem je de moeite?
„Dat klopt, want organoïden hebben wel degelijk voordelen. Neem bijvoorbeeld ons onderzoek naar mpox. Je kunt proefdieren gebruiken om dit virus te onderzoeken, maar die hebben veel haar, dus ontwikkelen ze niet dezelfde zweren als mensen. We willen daarom liever een model dat meer lijkt op de menselijke huid – en het liefst ook proefdiervrij is.”
En opgekweekte menselijke cellen?
„Ook die optie is niet geweldig. Onsterfelijke cellijnen zijn gemakkelijk te gebruiken maar hebben door de jaren heen allerlei mutaties opgebouwd. Bovendien bestaan ze maar uit één type cel, waardoor ze anders reageren op virussen en medicijnen. Organoïden ontwikkelen zich daarentegen tot meerdere celtypen en groeien in 3D-vorm, net als mensen. Huidorganoïden hebben bijvoorbeeld dezelfde gelaagde structuur als de mensenhuid, en kunnen zelfs haarzakjes en haar laten groeien. Daarmee is het een geschikt model voor mpox-onderzoek.”
We willen kijken wat er gebeurt als virussen microplastics tegenkomen in organoïden
Wat kun je daarmee ontdekken?
„Met microscopische technieken zagen we hoe het virus de huidstructuur aantast, en hoe het antivirale middel tecovirimat de virusproductie blokkeert. De werking van dit middel werd lang betwijfeld. Patiënten die het middel krijgen, worden na één of twee weken vaak beter, maar het was nog onbekend of dit door tecovirimat of door het eigen immuunsysteem komt. Ons onderzoek laat zien dat het middel werkt, maar vooral als het direct na infectie wordt toegediend.
„Sindsdien ben ik op zoek naar een geschikte ontstekingsremmer, aangezien het vooral de massale ontstekingen zijn die schade veroorzaken bij patiënten. We zijn daarom bezig met een nieuw organoïdemodel waaraan we ook immuuncellen toevoegen. Daarmee willen we een beter beeld krijgen van de mechanismen waarmee het virus ontstekingen opwekt, en gaan we vervolgens op zoek naar een middel dat daarop ingrijpt.”
En sinds kort leid je ook een eigen onderzoeksgroep naar microplastics, vanwaar dit onderwerp?
„In vrijwel alles wat we gebruiken zit plastic. We krijgen het elke dag binnen via ons voedsel en zelfs chirurgische apparatuur laat microplastic achter in ons lichaam. Sinds kort weten we ook dat virussen en bacteriën in het lichaam zich aan deze plasticstukjes kunnen binden. Tijdens de pandemie vonden wetenschappers aanwijzingen dat microplastic de verspreiding van het coronavirus kan versnellen. We willen daarom kijken wat er gebeurt als virussen microplastics tegenkomen in organoïden. Gebruiken ze het om zich te verschuilen voor het immuunsysteem en antivirale middelen, of worden ze juist eerder gevonden en opgeruimd? Onze eerste resultaten laten zien dat het per virus verschilt.”
Inmiddels ben ik gewend geraakt aan dit land en mijn lab
Wat wil je daarmee bereiken?
„Op de lange termijn wil ik onderzoeken of er een bacterie is die microplastics in het lichaam kan verteren, of een ander micro-organisme. Microplastics hebben namelijk ook effect op niet-overdraagbare ziekten zoals leververvetting. Daar een oplossing voor vinden is mijn einddoel.”
Wil je dat in Nederland doen?
„Dat is wel mijn plan. Hier is de balans tussen werk en privé veel beter, hoewel ik nog steeds de Chinese gewoonte heb om heel hard te werken. (lacht) Inmiddels ben ik gewend geraakt aan dit land en mijn lab. Ik heb een goede band met mijn collega’s en werk vaak samen met andere Nederlandse universiteiten. Als ik hier wil blijven dan moet ik binnenkort wel een beurs krijgen, maar gelukkig ontvang ik veel steun van mijn afdeling.”
