Nierstenen beter begrijpen door ‘nier op een chip’

• Afbeelding 1 van 2

Afbeelding 1: Op deze microscopische beelden kan de vorming van kristallen, in dit geval nierstenen, worden waargenomen. Op de linker afbeelding is het microfluïdische platform te zien, met de afzonderlijke druppeltjes niervloeistof. Rechts een close-up van een van de microdruppeltjes waarin de reactie plaatsvindt. (copyright: TU Delft)

• Afbeelding 2 van 2

Afbeelding 2: Nierstenen bekeken met een elektronenmicroscoop. (copyright: TU Delft)

Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Biomicrofluidics .

Nieren op een chip
Ongeveer 12 procent van de mensen krijgt last van nierstenen en de aandoening komt wereldwijd steeds vaker voor. Bij een groot deel van de patiënten is het zelfs een terugkerend probleem. Daarom is het belangrijk om de chemische processen achter de vorming van nierstenen precies te begrijpen. “De nier is voor ons nog steeds een soort zwarte doos”, zegt onderzoeker Burak Eral, “we kunnen meten wat erin gaat en wat eruit komt, maar het is moeilijk om echt binnenin te kijken wat er gebeurt.” De onderzoekers ontwikkelden daarom een microfluïdisch platform, een zogenaamde ‘nier op een chip’, om de niersteenvorming op microscopische schaal te kunnen bekijken.

De nier op een chip bestaat in feite uit een smal kanaal met twee ingangen: een met een vloeistof die lijkt op de vloeistof in onze nieren, en een met olie. Nadat een druppel niervloeistof in het kanaal is gepompt, wordt een druppel olie toegevoegd. Op deze manier worden de druppels met niervloeistof van elkaar gescheiden, waardoor microscopisch kleine nier-omgevingen ontstaan. Het buisje en de druppeltjes zijn zo klein, dat zelfs de kleinste kristalvorming van een niersteen met een microscoop kan worden waargenomen.

Kunstmatige urine
Door de samenstelling van de niervloeistof aan te passen, konden de onderzoekers precies nagaan welke factoren van invloed zijn op de vorming van nierstenen. Veranderingen in de pH-waarde en in de concentratie magnesium zorgden ervoor dat de vorming werd vertraagd, of zelfs volledig voorkomen. Onderzoeker Fatma Ibis: “Het is de eerste keer dat dit soort experimenten op zo’n kleine schaal wordt gedaan, waardoor het mogelijk wordt om de eerste tekenen van kristalvorming te observeren. Op grotere schaal is het alleen mogelijk om de groei van reeds gevormde nierstenen te bekijken. Nu kunnen we dus echt de directe effecten zien van veranderingen in de niervloeistof.”

De onderzoekers gebruikten alleen de meest essentiële ingrediënten om de niervloeistof na te bootsen, in werkelijkheid is niervloeistof veel complexer. Eral: “Het is het begin van een lange reis. Een volgende stap zou zijn om bijvoorbeeld kunstmatige urine te gebruiken in onze nier op een chip en het systeem complexer te maken.” Uiteindelijk denken de onderzoekers dat het mogelijk zal zijn om het mechanisme te gebruiken met de urine van patiënten, om een specifieke behandeling voor hun aandoening te bepalen. Ibis: “Veel factoren spelen een rol bij de vorming van nierstenen, en die factoren verschillen per patiënt. Een gepersonaliseerde behandeling zou een zeer efficiënte manier kunnen zijn om patiënten die last hebben van nierstenen te helpen.”